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硬盘磁头更换-开盘换磁头恢复数据入门

作者：香农青岛数据恢复中心 2007-12-17 19:04

当今，由于计算机产业的高速发展，生产商为了跟上时代的脚步，有时不得不将尚未成熟的技术推向市场。这种趋势给产品的质量带来了负面的影响。硬盘驱动器也不例外。由于销售量的增加和质量的下降，硬盘现在成为了麻烦的朋友（例如，系统不能检测倒硬盘等故障）。有时硬盘会发出敲击声或吱吱的声音——70％是磁头故障或前置放大器故障引起的。这时，要恢复硬盘上的数据，就需要更换磁头或前置放大器。

磁头代换-FAQ
原著：[俄]Stanislav Korb
翻译：香农数据
2006年3月11日
本文谢绝转载，谢谢合作

什么是前置放大器？

前置放大器是位于磁头组件上的一片集成芯片。在老型号的硬盘中使用的前置放大器一般都是有管脚的；新型号的硬盘使用的前置放大器为开放式（open frame）封装，使用导电粘合剂或BGA的方式焊接。(图 1, 2)

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图 1 带有开放式（open frame）封装前置放大器芯片的磁头组件
（Hitachi ATMR 系列， 2.5-英寸硬盘）

图 2 封装（frame-type）的前置放大器芯片（Seagate Barracuda IV 硬盘）

要代换前置放大器芯片是很困难的它们很容易被静电所损坏。如果一定要代换前置放大器芯片，就需要采取必要的措施防止由于人体的静电损坏芯片：人体、硬盘和焊台都必须保持良好的接地；使用12V的焊台。

怎样鉴别磁头故障？

事实上，要鉴别磁头故障是非常复杂的。即使打开硬盘的盘体也无法从外观上看出磁头发生了损坏这时工程师需要依赖经验和软件工具来作出判断。例如，PC3000可以通过检测硬盘固件区的表面状况来诊断出IBM、Western Digital, 某些Seagate硬盘的磁头故障。

老硬盘由于较高的可靠性（这里我们指20－512MB的硬盘），所以不会突然损坏；但它们的磁头也会发生故障。在图3为一个容量为406MB的Quantum硬盘，它的磁头翘了起来。翘起来的磁头对于硬盘是非常危险的，它会严重的划伤磁盘表面。磁头除了会翘起来以外，也会发生断裂的现象在IBM硬盘中这是非常典型的故障。虽然这种故障发生的概率不是很大，但是一旦发生，磁盘表面就会被完全的划伤。

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图 3 容量为406 MB的Quantum硬盘中翘起的磁头

磁头的读写部件也会发生故障这种情况外观一般没有明显的表现可以使用欧姆表来检测线圈的电阻。

如果磁头的前置放大器损坏的话，硬盘也会发生敲击的现象。这种故障的检测方法不是那么简单。例如，对于Seagate硬盘需要使用一个特别的适配器连接到硬盘的COM口（适配器的电路图如下所示）：

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然后运行COM终端程序如超级终端。当硬盘加电后，在终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

硬盘会测试从0到F之间的所有磁头；然后会进入level F，或者停转。而对于 Quantum所有系列的硬盘（包括最后的系列  Maxtor D540X 和 D740X）可以通过声音来诊断：硬盘启动后，会发出两下敲击声，然后硬盘电机逐渐提高转速，然后又发出4下敲击声，最后硬盘进入稳定的旋转状态。对于Western Digital硬盘，前置放大器的故障也可以通过声音来诊断：发出两下敲击声后主轴会停转。 Maxtor硬盘前置放大器损坏后的特点是敲击会持续超过30秒钟。Samsung硬盘前置放大器损坏后，也是会发出两下敲击声后主轴停转；不过当固件区的关键模块损坏后，Samsung硬盘也会表现出同样的现象。Shannon.net.cn

磁头代换：如何开始？

首先要准备好合适的工作环境。关键在于清洁。现在的硬盘数据密度非常高，即使一个灰尘微粒也会阻止从某些扇区读取数据...

有多种手段可以实现清洁的环境。最佳的方法是使用无尘室。无尘室应该达到10级的清洁标准1立方米的空间包含不多于10个微尘粒子。如果无法达到10级的清洁标准也是可行的这取决于经济能力，不过数据恢复的成功率是依赖于环境因素的。
在准备好清洁的工作环境后，我们需要选择一些必要的工具（图 4）。

图 4 磁头代换需要的工具

首先应该有各种类型和构造的螺丝起子。然后应该有直头镊子和弯头镊子。另外还应该准备放大镜和壁纸刀。然后准备一台可以方便的调节亮度和方向的台灯和PC电源。最后还需要一些酒精，手套，口罩和帽子：因为人体本身也是污垢的来源头发中有灰尘，手指上有油脂——因此应避免这些因素影响硬盘。

在做好以上准备之后，我们就可以开始代换磁头了。我们需要做的第一件事是：练习。

如何练习代换磁头？

要成功的代换磁头，根本的要求就是经验和实践。作者建议可以寻找一些同型号的坏硬盘进行试验。如果经过练习以后，你确信可以通过更换磁头来恢复数据了那么恭喜你！如果你还没有把握拿出更多的时间进行练习，相信不久你就可以掌握这一技术的。
代换磁头时最重要的事情是什么？

1. 考虑磁头的兼容性原则（在下面会列出）。
2. 保持工作环境和工具的清洁工具也是污染的来源之一。
3. 不要急躁，尽量做到最精确。
4. 不要喝酒或吸食任何可以降低反应能力的物质；否则手会发抖会使您前功尽弃的。

什么是供体？兼容的规则是什么？

供体是指用来提供磁头部件的硬盘。选择供体的原则是：硬盘的型号要一致，主轴电机和VCM控制器芯片和读写信道芯片要一致。另外，每一个厂家的每一系列的硬盘还有一些特别的规则必须符合这些规则（见表 1）。

即使硬盘的型号一样，PCB完全一致，磁头还是可能会不一样。所以应该按照表1的规则来确定它们是否兼容：某些硬盘，需要根据序列号来检查磁头的数量特别是对于Maxtor硬盘。例如，Maxtor 6Y120L0 硬盘（120 GB）可能会有3，4 甚至 5 个磁头。Maxtor硬盘，Quantum硬盘和Seagate硬盘可以从序列号中获得磁头的数量信息（见图 5，6，7）：

图 5 Maxtor 7Y250P0 （250 GB）的序列号。
序列号中的第2个字符表示安装和使用的磁头数。
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图 6 Quantum Plus AS（40 GB）硬盘的序列号。
序列号中的第3个字符表示安装和使用的磁头数
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图 7 Seagate Barracuda 7200.7 ST3200822A （200 GB）硬盘的序列号。
序列号中的第3个字符表示安装和使用的磁头数
除此之外还应该检查固件版本和标签上的其它字符是否一致。

表 1: 磁头代换时供体盘的兼容性特征

同一系列的硬盘的配置可能会改变，因此必须严格的遵守上面的规则。


图 8 Seagate Barracuda 7200.7, 40 GB。
固件版本 3.06，只有一个磁头，位于磁盘的上表面
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图 9 可以看到同一硬盘中使用的是塑料空气锁

图 11 老型号的ST3660A和它的弱点 —— 塑料限位器

什么是打磨的硬盘？它可以作为供体吗
所谓打磨的硬盘是指通过更改某些参数，关掉损坏的磁头，更改固件版本等来修复损坏的硬盘，以在二手市场上出售。例如许多打磨的Maxtor N40P的硬盘，可能使用的是Maxtor Ares C64K的盘体，他们的固件版本号都是NAR61EA0；还有Western Digital EB 和 BB 系列，序列号中包含字母R的硬盘。显然，如果打磨的硬盘如果有一个磁头损坏（磁头 0，底部的那个），那么就会使用另外的磁头来作为活动磁头，故见的版本号也会改变（例如，Seagate Barracuda 7200.7 对应的有一些固件版本  3.53, 3.75, 8.75  使用了两个磁头。厂家在修复硬盘时不会更换磁头，他们会利用现有的资源做一些配置上的改变。
另外校准参数，对于特定的磁头、PCB是唯一的。如果存储在固件区中的校准参数不兼容，那么要恢复数据也是不可能的；甚至还会引起敲盘。所以可以说打磨的硬盘一般是不能用作供体的。Shannon.net.cn

磁头启/停系统

磁头的启/停系统没有那么多分类。大体上，它们可以分为外置（磁头停泊在磁碟外部），和内置（磁头停泊在磁盘的停泊区）两种类型。

由于外置的启/停装置相对更安全，所以用在所有的 2.5-英寸硬盘中。另外，IBM 和 Hitachi 3.5-英寸硬盘（图 1214）也使用了外置的启/停装置。SCSI硬盘中也使用了外置的启/停装置可以支持多达12个磁头！

图 12 停泊区和停泊的磁头（IBM AVER 系列，40 GB)?

图 13 磁头被导入磁盘表面区域（Hitachi AVV2 系列硬盘，80 GB）

图 15 由于磁头故障导致的磁盘表面的划伤
内置的启/停系统是一种机械结构：Seagate新型号的硬盘，Quantum硬盘（图9，16，17）和Maxtor 薄盘广泛的使用了这种启/停系统（图 18）。



图16，17 Quantum 硬盘的启／停系统。
图 16 Quantum Maverick. 图 17 Quantum Fireball LCT10
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图 18 （薄盘） Maxtor Athena，Nike，N40P，Ares C64K系列硬盘的启／停系统

Maxtor全容量的硬盘，还有Fujitsu 和Western Digital硬盘的启/停装置基于 电磁-机械原理。 磁头由限位器上的一块磁铁推动；位置调节器是磁头运动的动力来源，它虽然结构简单，但是有一个缺点需要很大的电磁脉冲来启动磁头如果PCB发生故障的话就不能启动磁头；另外，电磁脉冲也可能会损坏VCM线圈（例如，Maxtor Calypso系列硬盘的VCM线圈会发生短路故障）。

图 20 使用磁－机械架构的启／停系统（WD200EB）

为什么磁头的编号从0开始？
原因很简单 ——与电子设备相关的原理都来自于数学。在数学中  0 与 1 或 100是一样的数字，而十进制格式或16进制格式（HEX）都是从数字0开始的。硬盘生厂商使用16进制格式的原因是：可以以较少的位数表示较大的数字（例如，数字 255的16进制格式为 FF）；另外，2进制的字为16 bit，也使使用16进制格式的原因。

磁头的编号是从底部开始的最底下的为磁头0，然后是1，等等（见图21）。注意，即使某一位置没有安装磁头，它们仍然占用编号（见图22）。在图21中（损坏的WD E9180磁头组），显示磁头是从位置2开始安装的，而磁头0和磁头1没有安装。

图 21 磁头的编号方案（SCSI Western Digital）

图 22 磁头组（WD600BB） 磁头 0，1 和 3 为存在的；磁头 2 不存在

如何代换磁头?

祝贺你！
现在，让我们继续最重要的话题如何代换磁头？首先，我们需要有一个供体。有时我们需要不止一个供体如果磁盘表面被严重划伤了，在读取数据时磁头会再次损坏。例如Quantum Plus AS 和Maxtor D540  D740X硬盘就需要多个供体。

下一步 —— 清洁供体和受体，可以使用酒精来清洁盘体和PCBs  主要的污染源。然后进入洁净空间开始工作。如果主轴和磁头组被螺丝固定在盘体盖上，那么首先应该卸掉螺丝。现在，我们打开了硬盘。要拆下故障磁头我们需要先卸掉一些内置部件。
建议先从位置调节器的上磁铁开始。卸掉所有螺丝，然后使用钳子抓住磁铁并取下。注意磁铁比较重，如果不小心脱落——那么就会发生撞击，后果也是不可预知的。Shannon.net.cn

取下上部的磁铁后我们就可以看到VCM线圈和位置调节器（见图 23）。现在我们必须要卸下螺丝（图 23） 右下角）。然后再卸下启/停装置。如果硬盘使用的是内置启/停系统，那么必须先将磁头移出磁盘，在作这一操作时应该启动主轴电机，在盘片旋转时将磁头移出磁盘区域。

图 23 磁头控制系统的内部结构（Seagate Barracuda 7200.7, 160 GB）：
磁头组，VCM 线圈，启／停机构

为什么要保持盘片旋转时再移出磁头呢？答案很简单：如果不这样做的话磁头就可能会撞到磁盘。

在将磁头移出盘片之外时，应该小心不要让它们粘在一起。如果只有一个磁头那么就无须担心，如果有多个磁头——那么注意成对的磁头会粘在一起。我们可以将其中一个磁头放到一个特制的容器里避免这种事故。作者使用饮料吸管按照下列方法制作了一种特殊的装置：将吸管加热熔化，然后将吸管压成扁平状（例如，用尺子）。然后将吸管截成小段来套在磁头上。我们也可以使用这种方法保存磁头。

如果硬盘中有多个磁头的话，位于下部的磁头较难将吸管套上，我们可以使用弯角的塑料镊子。

现在，磁头已经被移出磁盘外面。卸下固定磁头组轴承的螺丝，然后小心的向上提起，取下磁头组。记住静电可能会损坏磁头组，所以应该戴着手套并可靠接地。应该使用镊子或钳子来提起磁头组，避免手上的静电损坏前置放大器和读/写磁头。

同样的方法将磁头从供体盘上取下。然后将供体磁头安装到受体硬盘上，然后上紧螺丝。

下一步将磁头移动到磁盘表面上方。这是最难的操作之一。如果有1个或2个磁头——使用镊子就可以轻松的将磁头移动到磁盘表面上方。如果有多个磁头，就需要使用特殊的工具——你可以发挥想象自己制作符合要求的工具；作者使用的是镊子和塑料的饮料吸管。

在磁头安装到磁盘表面上方之后，应该在保持磁盘旋转的前提下，仔细的将磁头移动到停泊区。如果是外置的启/停系统，那么应该首先将磁头推入启/停系统的滑轨中。如果在这一过程中你听到任何奇怪的声音吱吱声，刮擦声，那么应该重做一次。如果你不管不顾的话，在硬盘起转后，磁头有可能会划伤磁盘表面。

已经安全的将磁头安装到位了吗？干的好！现在把所有的部件安装回原来的位置，将上磁铁装回也是较困难的工作之一。要完成这一工作应该将硬盘固定结实，用钳子夹住磁铁然后按回原来的位置。之后，调整它的位置并上紧螺丝，最后我们就可以给硬盘加电了。如果一切都准确无误的话——硬盘就会校准，进入准备就绪状态，我们就可以开始读取数据了。

如何对付 Western Digital EB 和 BB?

确实，这些硬盘是邪恶的家伙。它们的磁头组的轴是由盘体的盖子固定的，因此，如果卸下磁头后是没有办法重建固定螺丝的原始位置的，这些硬盘在代换磁头后也很难再启动了。不过，幸运的是，这些硬盘的BPI密度非常低，因此允许在盘体开启的状态下读取数据。当然，需要在洁净的空间中。

在代换磁头后，将螺丝起子插入轴中——我们尝试找到可以使硬盘校准的轴的位置。（图 25） 然后，在读取数据的时间内（可能会长达1个小时），我们必须坐在那里，保持螺丝起子的位置不过这项工作是值得的！

图 25 在代换磁头后，作者必须手动的调整磁头组的轴承的倾斜角来恢复数据

作者：Stanislav Korb
英文翻译者：Hddguru.com
中文翻译者：Shannon.net.cn
Shannon.net.cn