2024年6月7日发(作者：)

第３５卷第５期　

２０１１年ｌ０月　

中国钼业　

ＶｏＬ　３５　Ｎｏ．５　

Ｏｃｔｏｂｅｒ　２０１　１　

ＣＨＩＮＡ　ＭＯＬＹＢＤＥＮＵＭ　ＩＮＤＵＳＴＲＹ　

便携式仪器微硬盘固定结构设计要点讨论　

张铁军　

（金堆城钼业股份有限公司技术中心，陕西西安７１００７７）　

摘要：基于小型仪器及其他产品等如有大量数据存储要求通常设计有１．８英寸微硬盘（ｍｉｃｒｏ—ＨＤ）装置，其相关　

结构设计有其典型的设计特征，本文提到的设计要点主要有：（ａ）微硬盘装置的空间布局；（ｂ）硬盘固定的防震动　

结构；（ｃ）ＥＭＣ电磁兼容结构设计，简单分析跟结构设计相关的ＥＭＩ（电磁干扰）及ＥＳＤ（抗静电）设计。文中提到　

的１．８英寸硬盘安装结构针对上述设计要求进行讨论，力图对此类产品设计提供一种机械电子性能指标较可靠的　

微硬盘固定结构设计思路。　

关键词：微硬盘固定；防震；抗电磁辐射干扰；抗静电　

中图分类号：ＴＨ１２２　文献标识码：Ａ　文章编号：１００６—２６０２（２０１１）０５—００４９—０４　

ＥＩＳＣＵＳＳＩｏＮ　ｏＮ　ＤＥＳＩＧＮ　ｒｒＥＭＳ　ｏＦ　ＴＨＥ　ＰｏＲＴＡＢＬＥ　ＩＮＳＴＲＵＭ口ＥｃＮＴ　ＷＩＴＨ　ＭＩＣＲｏ—ＨＤ　

ＺＨＡＮＧ　Ｔｉｅ—ｉａｎ　

（Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｃｅｎｔｅｒ，Ｊｉｎｄｕｉｃ］ｈｅｎｇ　Ｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｘｉ，彻７１００７７，Ｓｈａａｎｘｉ，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｇｅｎｅｒ１．ａ　１．８　ｉａｎｃｈｅｓ　ｍｉｃｒｏ—ＨＤ　ｓｈｏｕｌｄ　ｂｅ　ｕｓｅｄ　ｉｆ　ｔｈｅ　ｐｏｒｔａｂｌｅ　ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ　ｄｅｍａｎｄ　ｆｏｒ　ｌａｒｇｅ　ｄａｔａ　

ｓｔｏｒａｇｅ．Ｓｏｍｅ　ｔｙｐｉｃａｌ　ｄｅｓｉｇｎ　ｆｅａｔｕｒｅｓ　ｗｅｒｅ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ：（ａ）ｍｉｃｒｏ—ＨＤ　ｌａｙｏｕｔ；（ｂ）ｓｈｏｃｋ　ｒｅｓｉｓｔａｎｔ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；（ｅ）　

ＥＭＣ（ＥＭＩ　ａｎｄ　ＥＳＤ）ｄｅｓｉｎ　ｆｇｏｒ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ　ｏｆ　ｈｅ　ｔ１．８　ｉｎｃｈｅｓ　ｍｉｃｒｏ—ＨＤ　ｉｆｘｅｄ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　

ｉｎ　ｐｏｒｔａｂｌｅ　ｉｎｓｔｕｍｅｎｔｒ　ｗａｓ　ｓｕｍ　ｕｐ．　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｍｉｃｒｏ—ＨＤ　ｆｉｘｅｄ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｓｈｏｃｋ　ｒｅｓｉｓｔｎｔａ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ＥＭＩ；ＥＳＤ　

Ｏ　引　言　

目前内部有大容量数据存储要求的便携式仪器　

及其他便携式产品主要使用两类存储器，一种是内　

有机械运动部件的传统式硬盘ＨＤ，另一种是不断　

发展的ｓｏｌｉｄ　ｓｔａｔｅ　ｄｉｓｋ（固态硬盘ＳＳＤ），即用固态电　

微硬盘方案确定后作为机械结构设计者就需要根据　

此硬盘结构特点进行合理的安装结构设计以满足产　

品的机械及电子相关测试要求。　

初始结构布局图ＬＡＹＯＵＴ。　

详细结构设计初期的ＬＡＹＯＵＴ目的是核算产　

品外形参数等指标，为产品结构设计提供初始尺寸　

同时也为电子元件放置提供原始的布局参考。因本　

文主要讨论的是硬盘位置结构设计，因此重点绘制　

硬盘安装相关部位的结构布局图。　

图１为较广泛应用的日立１．８英寸ＴＲＡＶＥＬ－　

ＳＴＡＲ系列微硬盘相关结构简图（图纸尺寸规格为　

子存储芯片阵列制成的硬盘，由控制单元和存储单　

元（ＤＲＡＭ或ＦＬＡＳＨ芯片）两部分组成。ＳＳＤ预计　

将成为下一代的主要存储器，具有读取速度快，防震　

及功耗低的优点，但目前阻止其普及有两大因素：一　

是单位存储成本ＳＳＤ是传统机械硬盘的数十倍；二　

是复写寿命，设计者和使用者对固态硬盘的寿命问　

设计示意用不作为他人设计参考依据），因只为结　

构设计考虑所以需简化图纸细节只需突出有用的结　

构尺寸，如长宽高，马达轴心位及接口位置，其他品　

牌的微硬盘如希捷东芝等尺寸大同小异只要根据需　

要稍作修改即可。本设计结构因厚度空间有限选用　

的是ＣＥ接口的硬盘，使用ＦＰＣＢ连接主板相应的插　

座，比较节省空间尺寸。　

图２为ｚ轴方向结构ＬＡＹＯＵＴ，依据此图可初　

步给出产品厚度参考值及给硬盘位置下面的电子元　

件的布局提供原始空间尺寸，因为是ＬＡＹＯＵＴ图。　

题的担忧和疑虑却从来没有打消过，毕竟宝贵数据　

安全性比任何东西都重要，原因在于其存储单元　

ＦＬＡＳＨ芯片目前都存在复写次数限制，即使目前　

ＳＳＤ都使用擦写平衡算法，其存储可靠性及寿命都　

还远不及传统式硬盘。因此在有大容量数据存储要　

求的便携式仪器及其他便携式产品使用１．８英寸微　

硬盘目前还是安全及经济的首选。但选用１．８英寸　

收稿日期：２０１１—０８—０３　

作者简介：张铁军（１９６９一），男，机械设计专业，现在金钼股份技术　

中心从事仪器及设备设计制造。　

塑胶框架及橡胶套结构数据都先以经验数据给出，　

・

５０・　中国钼业　２０１１年ｌ０月　

图１　日立１．８英寸微硬盘相关结构筒图　

但硬盘厚度必须要按其规格书公差最大值标示核算　

伽　±　删　０　曦　

以免将来出现零件干涉现象。

Ｏ　

　

区　域　

图３为ＸＹ轴方向ＬＡＹＯＵＴ，因需固定硬盘框　

架，此图用来确定可用的螺丝位置及硬盘框架结构　

占用的位置以便为安排其他结构零件及电子元件位　

置提供参考。　

同时考虑到电子放置零件的面积需求绘制出　

ＰＣＢ元件限位示意图，图３及图２将提供给电子　

ＰＣＢ　ＬＡＹＯＵＴ参考。　

１　防震结构设计　

下述为日立１．８寸微硬盘相关防冲击震动指　

标：Ｓｈｏｃｋ，ｏｐｅｒａｔｉｎｇ：６００Ｇｓ　ｍａｘ甜２　ｍｓｅｅ．Ｓｈｏｃｋ，　

ｎｏｎｏｐｅｒａｔｉｎｇ　１５００Ｇｓ　ｍａｘ　ａｔ　１　ｍｓｅｃｏ防冲击震动设　

计是微硬盘固定结构的重点，原因在于微硬盘磁头　

驱动机构是硬盘中最精密的部位之一，它由读写磁　

头、传动手臂、传动轴３部分组成。磁头是硬盘技术　

中最重要和关键的一环，它采用了非接触式磁头结　

构，加电后在高速旋转的磁盘表面移动，与盘片之间　

的间隙只有０．１～０．３　ｐ，ｍ，４　２００～５　４００　ｒ／ｍｉｎ使得　

磁头在盘片上方高速运动，较大的冲击力则足以使　

磁头与盘片碰撞而使整个硬盘产生一条大的缺道，　

并产生金属碎屑，这些碎屑在密闭的空间散布将造　

成盘片后续更多的坏道而报废。即使很多硬盘的下　

落感应保护（ＥＳＰ）技术可提供类似汽车安全气囊的　

功能，为内置硬盘的产品提供保护，但较强的冲击震　

动依然是硬盘损坏的首要因素。分析产品碰撞跌时　

冲击动能传递过程为“机壳一螺丝柱一ＰＣＢ一硬盘　

支架一缓冲物一硬盘”，机壳吸收了一部分冲击动　

能，因此本段落重点在于“ＰＣＢ一硬盘支架一缓冲物　

一

硬盘”这部分结构的防震动设计。市场上较多简　

化结构产品直接将微硬盘用海绵胶粘结在ＰＣＢ上，　

此结构根本无法通过跌落及ＥＭＣ测试，而且较长时　

间后，海绵胶粘性降低并吸湿导致硬盘脱离和短路　

报废。本产品设计思路为硬盘周围套有橡胶类减震　

套，减震套固定于硬盘支架内，同时硬盘支架用　

ＥＶＡ胶垫固定于ＰＣＢ表面并靠机壳螺丝柱定位，橡　

胶类材质选用硅胶材质。硬盘支架考虑防火等级和　

冲击韧性选用ｖ０等级的Ｐｃ＋ＡＢＳ材质。根据冲击　

ｒ　２　１　，—　

震动过程的一般动量公式　：　

ｔ２——ｔｉ　

：　

／Ａｔ　

冲　

击力与碰撞接触时间△　成反比关系，因此设计结构　

应尽量增加硬盘与硅胶套冲击碰撞接触时间，但限　

于产品尺寸限制硅胶减震结构不可能做的很厚，需　

根据跌落测试结果和经验取平衡值。结构图如图４　

所示。硬盘胶套如图两端各一套。其中与硬盘接触　

筋位高度及厚度按图示尺寸取值经跌落试验验证取　

得良好的防震效果并兼具较紧凑的尺寸结构。　

２　ＥＭＣ（ＥＭＩ　ＥＳＤ）　

ＥＭＣ（Ｅｌｅｃｔｒｏ　Ｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ），是指设备　

或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境　

中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。因　

此，ＥＭＣ包括两个方面的要求：一方面是指设备在　

正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不能超　

过一定的限值；另一方面是指器具对所在环境中存　

在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度，即电磁敏感　

性。本文因非电子设计论文，因此主要讨论ＥＭＣ中　

跟结构设计有影响的电磁干扰ＥＭＩ及静电破坏　

ＥＳＤ设计。ＥＭＩ结构设计主要是防范传导干扰和辐　

射干扰以避免照成硬盘数据失效。而来自接口的　

ＥＳＤ静电电弧能在一定的距离范围内产生数千伏的　

高电场，电弧注人的电荷可以导致硬盘的元件绝缘　

层破坏，对机械工程师来讲良好的屏蔽接地结构设　

计是防范电磁干扰和静电破坏的有效手段。图５则　

是考虑到本硬盘结构特点设计的ＥＭＣ／ＥＳＤ保护结　

构，需注意的是硬盘金属外壳与屏蔽金属盖之间选　

用的是导电海绵，考虑因素是所需预压较小，成本　

低，同时震动时也是缓冲物。另一个重点是金属屏　

蔽外壳的接地设计，因为ＥＳＤ静电荷冲击屏蔽外壳　

时，最初几毫秒会比保护地电压高出许多，屏蔽外壳　

电压会随着静电荷的转移而下降，所以最初的几毫　

秒内会对内部电路产生二次ＥＳＤ冲击，所以仅仅使　

用外部屏蔽还不够，屏蔽外壳必须有良好的接地。　

同时电磁干扰设计中，悬空的金属零件都是发射及　

接受干扰电磁辐射的敏感物，这也是本设计屏蔽结　

构接地设计重要原因。本结构接地导线设计为两　

第３５卷第５期　张铁军：便携式仪器微硬盘固定结构设计要点讨论　・５　１・　

金属屏蔽片　１．８英寸硬盘盘体　

高度３．０ｍｍ　

型发热元件　

图２　Ｚ轴方向结构布局图　

蔽　

图３　ＸＹ轴方向布局图　

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图４硬盘防震保护部件结构图　

处，并且在不影响装配情况下越短越好。另外在样　

机ＥＭＣ抗测试发现即使采用屏蔽结构，在电磁干扰　

３　结语　

测试中还是发现有ＥＭＣ测试不通过的情况，经分析　

针对大数据存储要求的仪器及其他便携式产品　

发现硬盘与主板的连接伸出屏蔽壳外的ＦＰＣＢ是电　

在目前ＳＳＤ成本及可靠性未大幅度改善情况下选　

磁干扰敏感体，因此本设计中在ＦＰＣＢ上增加了铁　用１．８英寸硬盘还是主要方向，在设计过程中体会　

氧体磁环结构，作为常用的电磁干扰衰减元件，简单　

到作为机械工程师不能只按传统设计思路工作，应　

而有效解决了电磁干扰问题。最后图纸见图５。　

提前对将要面对的可靠性测试进行预判分析，设计　

・

５２・　中国钼业　２０１１年ｌＯ月　

）ｍｍ　

一：一＿　＇　¨Ⅱ　ｈ　ｒ　一　　１・１　Ｑ苗寸　舟　Ｌ一　

０等级防火　

ＥＶＩ　Ａ缓冲垫硬盘ＦＰ１　ｆ　ＣＢ　ｌ　

连接器　ＰＣＢ．ｔ＝１．０　ｍｍ　

］　广Ｊ　（Ｃ　勺　．

＿Ｌ　线耳｝　

　：ｒ＿］　‘扫　

ｍｍ　

一　Ｌ＿Ｊ　

］　

ｒＪ　

图５总体结构图　

初始就应按将来的机械电子测试指标进行合理的设　

试，为此类结构设计提供了简单可靠的设计参考。　

计布局，同时评估开模及零部件成本和熟悉安规要　参考文献　

求，这样才能有效缩短“设计一测试一失效反馈一　

［１］成大先．机械设计手册（第３版）［Ｍ］．北京：化学工业　

修改设计”循环周期。本文相关的产品已通过严格　

出版社，２００４．　

机械电子相关测试并批量生产，机械结构工作可靠，　

［２］　郑军奇．ＥＭＣ电磁兼容设计与测试案例分析（第２　

模具成本，机械零件成本控制良好，通过了安规测　

版）［Ｍ］．北京：电子工业出版社，２０１０．　

智利国有铜矿拟收购英美资源智利分公司４９％股份　

智利国有铜矿（Ｃｏｄｅｌｃｏ）２０１１年１０月１２日发　向智利国有铜矿提供贷款６７．５亿美元，而后者将通　

布声明称，计划行使一项期权以买人英美资源集团　过每年向三井出售３万ｔ铜，以及向三井出售一半　

（Ａｎｇｌｏ　ＡＭＥｒｉｃａｎ　Ｐｌｃ）智利分公司４９％的股份，此项　

收购股份的方式来偿还部分贷款。　

交易若达成，可提高智利国有铜矿年产量达１０％。　（信息来源：安泰科２０１１—１０—１３）　

据悉，为完成收购交易，日本三井公司（Ｍｉｔｓｕｉ）　

广东超百万吨铜钼矿项目签约开采，总投资５Ｏ亿元　

铜金属资源储量近１００万ｔ、钼金属资源储量约　资料显示，钼是发现得比较晚的一种金属元素，　

２５万ｔ的广东封开圆珠山铜钼矿项目１３日举行签　１７９２年由瑞典化学家从辉钼矿中提炼出。　

约开采，采选工程总投资５０亿元。　

由于金属钼具有高强度、高熔点、耐腐蚀、耐磨　

据悉，这是中国仅次于国内德兴铜矿的第二大　

研等优点，在工业上得到广泛的利用，而钼的化合物　

露天铜钼矿。　在农业肥料中也有广泛的用途。　

据了解，该矿藏潜在经济价值超过５　０００亿元，　

目前，封开县圆珠山铜钼矿项目前期工作正在　

资源利用方案已通过中国有色金属协会的专家评　

有条不紊地进行。　

审，被列入了广东省有色金属产业调整和振兴规划　（信息来源：安泰科２０１ｌ—ｌ０—１４）　

重点项目，建设起止年限为２０１０年至２０１３年。