Richi´s Lab

 

Western Digital Red 3TB

 

WD Red 3TB

Die Festplatten der Red-Serie von Western Digital sind speziell für den Einsatz in Netzwerkspeichern ausgelegt.
Dieses Modell bietet 3TB Speicherplatz und wurde 2014 gefertigt.

Es ist üblich eine der Schrauben, die den Deckel der Festplatte fixieren, unter dem Label der Festplatte zu platzieren, damit man erkennen kann, ob die Festplatte geöffnet wurde. Hier wurden zusätzlich vier der restlichen sieben Schrauben abgeklebt.

 

WD Red 3TB Platine

Im Vergleich zu den älteren Festplatten ist die Steuerungsplatine sehr klein. Sie nimmt nur noch einen kleinen Teil der verfügbaren Fläche ein.

Die Platine trägt die Bezeichnung 2060-771945-001. Es handelt sich um die Revision A.

Auf dieser Seite der Platine befinden sich einige Testpunkte, eine Hand voll nicht genutzter Bestückoptionen für Widerstände und ein nicht bestückter Stecker, der wahrscheinlich Debug-Schnittstellen enthält.

 

WD Red 3TB Platine Korrosion

WD Red 3TB Platine Korrosion

Bereits auf der außen liegenden Seite der Platine sind an den Stellen, die nicht von Lötstopplack oder Lötzinn bedeckt sind, Korrosionsspuren zu erkennen. Die Korrosionserscheinungen sind nicht nur ein optisches Problem. Auf der inneren Seite der Platine stellen Kontaktpads die Verbindung zur eigentlichen Festplatte dar. Über diese Schnittstelle werden Signale mit sehr hohen Frequenzen übertragen. Verschlechtert sich der Kontakt, so kann das zu Problemen bei der Signalübertragung und damit zum Ausfall der Festplatte führen.
Diese und eine weitere Festplatte des gleichen Modells wurden auf Grund schlechter SMART-Werte ausgetauscht. Beide Festplatten zeigen die selben Korrosionsspuren. Die Festplatten standen an völlig unterschiedlichen, trockenen Orten.

Die betroffenen Flächen zeigen sich dunkel, stumpf und unregelmäßig, der Rest erscheint gelblich allerdings nicht golden. Innerhalb der Bohrungen der Befestigungsschrauben ist die Oberfläche silbrig. Vermutlich ist das Material an diesen Stellen dem Originalzustand noch am nähesten. Es wird sich wahrscheinlich um chemisch abgeschiedenes Silber handeln.
Silberoberflächen sind relativ günstig und ausreichend um BGA-Packages einsetzen zu können. Sie sind allerdings weit anfälliger für Korrosion als eine Goldoberfläche. Gerade bei Festplatten, die oftmals mit bloßen Händen berührt werden und sich in undefinierten Umgebungen befinden können, wäre eine Goldbeschichtung der freiliegenden Kontakte sinnvoller, vor allem wenn sie kritische, funktionale Bestandteile der Schaltung darstellen.

 

WD Red 3TB offen

Die Festplatte enthält drei Speicherscheiben.
In der linken unteren Ecke befindet sich ein kleines Kissen, das vermutlich eine Filterfunktion darstellt.

 

WD Red 3TB Schreibköpfe Leseköpfe Parkposition

Die Arme mit den Schreib-/Leseköpfe werden außerhalb der Speicherscheiben in einem Kunststoffelement geparkt. Dazu sind die Metallelemente, die die Schreib-/Leseköpfe tragen soweit verlängert, dass sie vor dem Rand der Speicherscheiben auf die Rampen des Kunststoffelements aufsetzen und so die Schreib-/Leseköpfe von den Speicherscheiben heben.

Die Parkposition außerhalb der Speicherscheiben ermöglicht es den innersten Bereich für das Abspeichern von Daten zu nutzen. Vor allem aber müssen die empfindlichen Schreib-/Leseköpfe nicht auf den Scheiben aufsetzen.

 

WD Red 3TB Schreibköpfe Leseköpfe Arm

An der unteren Kante befinden sich zwischen den Speicherscheiben metallene Elemente, die angeblich einen positiven aerodynamischen Einfluss haben und auch die Entwärmung des Festplatteninnenraums unterstützen können.

Die Speicherscheiben befinden sich immer ein Stück weiter innerhalb der Schreib-/Lesekopf-Arme. Will man eines der Elemente entfernen, so muss man einen, hier kaum zu erkennenden, schwarzen Stift zwischen den Speicherscheiben und den Armen herausziehen. Die Arme lassen sich daraufhin noch etwas weiter nach rechts bewegen und geben so die Speicherscheiben frei.

 

WD Red 3TB Gehäuse Innen Druckausgleich

Das Innere des Festplattengehäuses scheint speziell beschichtet zu sein. Nur die Bereiche wo guter thermischer oder elektrischer Kontakt notwendig ist verblieb das Metall blank.

Es heißt, dass bei modernen Festplatten bereits Ausgasungen aus dem Gehäusematerial zu Problemen führen können. Vielleicht musste aus diesem Grund der Innenraum beschichtet werden.

 

WD Red 3TB Gehäuse Innen Druckausgleichselement

Das Druckausgleichselement ist äußerst großvolumig. Es muss das empfindliche Innere der Festplatte vor Umwelteinflüssen schützen. Das Druckausgleichselement enthält eine schwarze Masse, die zwar krümelig wirkt, aber dennoch irgendwie gebunden ist. Auf der Außenseite des Gehäuses befinden sich an dieser Stelle nur zwei kleine Löcher.

 

WD Red 3TB Schreibkopf Lesekopf Piezo

WD Red 3TB Schreibkopf Lesekopf Piezo

Jeder der sechs Arme besitzt zwei goldfarbene Piezoaktuatoren. Solche Aktuatoren können sowohl eine Regelung der Höhe der Schreib-/Leseköpfe realisieren, als auch eine genauere Regelung der angefahrenen Datenspur ermöglichen.
In der linken unteren Ecke des unteren Bildes befinden sich zwei Durchkontaktierungen, die auf der anderen Seite verbunden sind. Dieses Potential wird danach beiden Piezoaktuatoren gleichermaßen zugeführt, was bedeutet, dass sie nur eine der beschriebenen Funktionen damit dargestellt werden kann. Vermutlich wurde nur die öfter beschriebene Höhenregelung realisiert.

 

WD Red 3TB Schreibkopf Lesekopf Lagerung

Der Schreib-/Lesekopf befindet sich auf einem dünnen Stück Blech. Dieses Blech ist einseitig am Trägerarm angebunden und stellt so eine gewisse Entkopplung dar.

 

WD Red 3TB Schreibkopf Lesekopf

Da davon auszugehen ist, dass eine Steuerleitung exklusiv für die Piezoaktuatoren eingesetzt wurde, verbleiben sieben Potentiale für den Schreib-/Lesekopf. Es sind zwar teilweise neun parallele Leitungen zu erkennen, der Anordnung nach scheint es sich aber bei manchen Leitungen um Schirmungsumfänge oder etwas ähnliches zu handeln.

Der Schreib-/Lesekopf besitzt acht Anschlüsse, die auch alle kontaktiert sind. Allem Anschein nach handelt es sich bei einem Potential um das Massepotential des Arms.

 

WD Red 3TB Schreibkopf Lesekopf

Der Schreib-/Lesekopf ist nur etwas mehr als 1mm lang.

 

WD Red 3TB Schreibkopf Lesekopf

WD Red 3TB Schreibkopf Lesekopf

WD Red 3TB Schreibkopf Lesekopf

Der Schreib-/Lesekopf trägt die Zeichenfolge HJN1CK6V.

Die einzelnen Elemente lassen sich nicht mit letzter Sicherheit bestimmen. Mittig befindet sich vermutlich das Schreib- und das Leseelement, die voneinander und gegenüber der Umwelt abgeschirmt sind. Für diese Elemente sind üblicherweise aber nur vier Leitungen notwendig.

Unterhalb und rechts des Schreib-/Leseelements sind mehrere Gitterstrukturen zu erkennen. Hierbei könnte es sich um Widerstandselemente handeln. Solche Elemente werden eingesetzt um den Abstand zwischen dem Schreib-/Lesekopf und den Speicherscheiben zu regeln. Prägt man eine gewisse Verlustleistung in den Widerstand ein, so dehnt sich das Material des Schreib-/Lesekopfes aus und er nähert sich den Speicherscheiben an.
Über diesen Widerstand ist es auch möglich den aktuellen Abstand auszulesen.
Die selbe Technik kann zusätzlich angewendet werden, um den Schreib-/Lesekopf seitlich zu justieren. Dazu ist ein Widerstand neben den aktiven Elementen zu platzieren. Eventuell stellt die Gitterstruktur rechts davon einen solchen Widerstand dar.

Das größere Element links lässt sich nicht wirklich zuordnen. Entweder handelt es sich um ein Sensorelement oder um eine Option, die mit etwas geänderten Masken aktiviert werden konnte.

 

WD Red 3TB Schreibkopf Lesekopf Detail

WD Red 3TB Schreibkopf Lesekopf Detail

Von schräg oben betrachtet und mit verschiedenen Belichtungen kann man ansatzweise die Abschirmung und eines der aktiven Elemente erkennen.

 

WD Red 3TB Schreibkopf Lesekopf Detail

Die Signalleitungen von zwei Schreib-/Leseköpfen inklusive ihrer Piezoaktuatoren werden innerhalb des zugehörigen Trägerarmes zur Signalvorverarbeitung auf dem Gelenk des Trägerarmes geführt. In Schlitzen der Trägerarme befinden sich dazu dünne Metallbleche, auf denen eine flexible Platine befestigt ist. Die Metallbleche ermöglichen wahrscheinlich ein einfacheres montieren der Baugruppe, sie schirmen aber auch die Signale der gegenüberliegenden Schreib-/Leseköpfe voneinander ab.

Die Metallstrukturen liegen mit ihren flexiblen Leiterplatten auf der folgenden flexiblen Leiterplatte und realisieren so die elektrische Verbindung.

 

WD Red 3TB Schreibkopf Lesekopf Detail

Jede Schnittstelle zeigt acht Potentiale, was zu der Anzahl der sichtbaren Zuleitungen passt. Es handelt sich je Schreib-/Lesekopf um zwei breite und fünf schmale Leitungen aus dem Frontend-Chip. Die achte Leitung wird von der anderen Seite zugeführt und stellt vermutlich ein Bezugs- oder Versorgungspotential dar.

Die flexible Leiterplatte verbindet den Arm mit dem Massepotential. Sie stellt links unten im Bild auch die Anschlusspunkte für die Spule dar, die den Arm bewegt.

 

WD Red 3TB Schreibkopf Lesekopf Detail Vorverstärker

Die Vorverarbeitung der Signale realisiert ein integrierter Schaltkreis der als Flipchip auf der Leiterplatte montiert ist.

Die zwei Kondensatoren links unten im Bild sind auf der einen Seite an das Massepotential angebunden und auf der anderen Seite an zwei breite Leiterbahnzüge der Zuleitung. Die Tatsache spricht dafür, dass das Frontend mit zwei verschiedenen Spannungen versorgt wird.

Interessant sind hier auch sechs Ausstanzungen oberhalb des Chips. Teilweise verbinden sie breite Leiterbahnen miteinander, teilweise binden sie auch dünne Leiterbahnen mit ein. Es könnte sich um schützende Kurzschlüsse für empfindlichen Schaltungsteile handeln, die während der Produktion notwendig waren. Zuletzt werden die Verbindungen ausgestanzt und die Schaltung kann ihrer normalen Funktion nachkommen.
Eine andere Möglichkeit ist die Konfiguration verschiedener Einstellungen. Das kann zu einer tatsächlich anderen Funktion führen, aber auch nur einen unterschiedlichen Umgang mit dem Massepotential realisieren.

Auf der Unterseite des integrierten Schaltkreis sind deutlich zwei differentielle Leitungen zu erkennen, die die Daten von und/oder zum Frontend übertragen.
Unter der flexiblen Leiterplatte befindet sich eine Metallplatte. Wo die Metallplatte endet verbreitern sich die differentiellen Leitungen. Das ist notwendig damit die Impedanz der Leitungen gleich bleibt und die hochfrequenten Signale nicht gestört werden.

 

WD Red 3TB Schreibkopf Lesekopf Detail Vorverstärker

Der Frontend-Chip lässt sich leider nicht zerstörungsfrei von der flexiblen Leiterplatte lösen. Das bläuliche Material diente unterhalb des Bauteils als Underfiller, um die mechanische Stabilität zu verbessern.

 

WD Red 3TB Schreibkopf Lesekopf flexible Leiterplatte

Die Schnittstelle zur Steuerungsplatine verbindet über einen Anschraubpunkt das Massepotential des inneren Bereichs mit dem Gehäuse.

Außerdem ist auf der flexiblen Leiterplatte ein kleines Bauteil bestückt, das elektrisch nur zwischen dem Massepotential und einem außenliegenden Kontakt angebunden ist. Die elektrische Anbindung und das dunkelgraue Gehäuse ohne Beschriftung lassen darauf schließen, dass es sich um einen NTC oder PTC handelt, über den die Temperatur im Inneren der Festplatte bestimmt wird.

 

WD Red 3TB Platine Controllerkühlung

Die Platine enthält keine Steckkontakte mehr. Die Verbindung zum Antriebsmotor erfolgt über Federkontakte, die eine Folienplatine kontaktieren. Die Signale aus dem Inneren der Festplatte liegen ebenfalls an federnden Elementen an, die beim Zusammenschrauben auf Kontaktpads der Platine gedrückt werden.

Die Leistungsfähigkeit der Festplattencontroller steigt mit höheren Speicherdichten und den Schreib-/Lesegeschwindigkeiten, was hier dazu geführt hat, dass bereits eine verbesserte Entwärmung notwendig wurde. Über ein weißes, höchstwahrscheinlich relativ gut wärmeleitendes Material ist das Package an eine Erhöhung auf dem Festplattengehäuse angebunden.

 

WD Red 3TB Platine

Die Platine konnte klein gehalten werden, da die Integration der Schaltungsteile immer weiter voranschreitet. Die einzelnen Funktionsblöcke sind leicht zu überblicken.

Am rechten Rand befinden sich Schutzelemente, die an die Versorgungsspannungseingänge angebunden sind.

Die Elemente in der linken oberen Ecke erwecken den Eindruck von einem oder mehreren Spannungsreglern.

Das größere Bauteil in der linken oberen Ecke ist ein 4MBit-Flash von Windond (25X40CLVIG), in dem sich mindestens Applikationsdaten befinden. Eventuell beinhaltet der Speicher auch den Programmcode, mit dem der Festplattencontroller arbeitet.

An der unteren Kante der Platine befindet sich ein größeres, schräg platziertes Bauteil. Es handelt sich hierbei um einen Beschleunigungssensor, der es dem Festplattencontroller ermöglicht Beschleunigungen, wie sie zum Beispiel beim Herunterfallen auftreten, zu erkennen und die Schreib-/Leseköpfe in ihre Parkposition zu fahren, wo sie nicht auf die empfindliche Festplattenoberfläche aufschlagen können.

Der größere integrierte Schaltkreis auf der linken Seite der Platine enthält die Ansteuerung des Antriebsmotors, was leicht an den breiten Leiterbahnen zu den Motorkontakten zu erkennen ist. Die Erfahrung zeigt, dass darin meist auch die Ansteuerung für die Verstellung des Schreib-/Lesearms enthalten ist. Die Bezeichnung lautet WDHC8TD. Außerdem trägt das Package das Logo von ST Microelectronics. Wahrscheinlich handelt es sich um ein ST-Produkt, das vielleicht für Western Digital noch etwas angepasst wurde und eine kundenspezifische Bezeichnung erhielt.

Der Controller der Festplatte ist das größte Bauteil auf der Platine. Er trägt das Logo der Firma Marvell und die Bezeichnung 8819446-NDB2. Ein Datenblatt findet sich nur für den wesentlich potenteren Controller 88SE9445. Dabei handelt es sich um einen "Four-Lane PCI-Express 2.0 to Four-Port SAS/SATA 6 Gbps RAID I/O Controller".

Als Cache befindet sich rechts des Controllers mit dem H5PS5162GFA von SKhynix ein 64MB-DDR2-RAM.

 

WD Red 3TB Platine

Auch hier wurde ein "Made in China" unter einem integrierten Schaltkreis, in diesem Fall dem Festplattencontroller, versteckt.

 

WD Red 3TB Windond Flash 25X40CLVIG Die

Auf dem Die des 4MBit-Flash-Speichers zeigen sich zwei große Elemente. Links unten befindet sich der Speicherbereich selbst, rechts das Logikarray, das den seriellen Datenstrom aufbereitet.

 

WD Red 3TB WDHC8TD Die

Der Chip, der die Bezeichnung WDHC8TD trägt, lässt sich leider nicht ganz optimal aus seinem Package herausarbeiten. Dennoch sind einige Strukturen deutlich zu erkennen.
Die großen drei Blöcke in der Mitte des Dies lassen im Detail Gatearray-Strukturen erkennen. Hier handelt es sich wahrscheinlich um den Steuerungsautomaten des Bausteins.
An der linken, der rechten und der oberen Kante sind Leistungstransistoren untergebracht. Rechts befinden sich die dreiphasige Ansteuerung des Antriebsmotors und eine weitere Endstufe. Die Endstufen in der oberen linken Ecke bieten ebenfalls mehr Möglichkeiten als sie nur für die Bewegung des Schreib-/Lesekopfs notwendig wären. Es ist nicht unwahrscheinlich, dass der Chip neben der Steuerung des Antriebsmotors und des Linearantriebs des Schreib-/Lesekopfs auch die Ansteuerung der Piezoaktuatoren und des Heizelements im Schreib-/Lesekopfs enthält. Es würde sich somit um einen einzelnen, kostenoptimalen Chip für die Ansteuerung aller Leistungselemente der Festplatte handeln.

 

WD Red 3TB WDHC8TD Die B6-Brücke

Die Ansteuerung des dreiphasigen Antriebsmotors lässt sich gut identifizieren. Von oben sind drei Bondpads direkt untereinander angeordnet, die die drei Phasen des Antriebsmotors kontaktieren. Von jedem Bondpad führt ein Transistor, der über die fingerförmigen Strukturen zu erkennen ist, zu zwei gemeinsamen Kontakten rechts und links unterhalb der Ausgänge. Dabei dürfte es sich um die Versorgungsanschlüsse handeln.
Die restlichen Transistoren und Bondpads unterhalb der Endstufe lassen sich nicht zu einer Funktionen zuordnen.

 

WD Red 3TB WDHC8TD Die UAB8C5

In der linken oberen Ecke des Dies befindet sich die Bezeichnung UAB8C5, über die sich allerdings keine weiteren Informationen zum Baustein herausfinden lassen. Es handelt sich auf jeden Fall um ein Design von ST Microelectronics aus dem Jahr 2009.

 

WD Red 3TB Marvell 8819446-NDB2 Die

Auch der Controller der Festplatte wurde beim Herausarbeiten aus dem Package etwas beschädigt. Allzu viele Details lassen sich aber ohnehin nicht erkennen, da ein Großteil der Fläche mit gleichmäßigen Strukturen der Metalllage kaschiert wurde.

 

WD Red 3TB Marvell 8819446-NDB2 Die Detail

Die kaschierenden Metallstrukturen zeigen eine gewisse Komplexität. Die Muster stellen sich außerdem in gewissen Bereichen unterschiedlich dar.

 

WD Red 3TB SKhynix H5PS5162GFA Die

Der Speicherbaustein wurde als Flip-Chip auf einem Interposer platziert und dann eingegossen.

Mit Ausnahme des Bondbereichs in der Mitte des Dies befindet sich auf dem Silizium eine dunkle Deckschicht, die vermutlich aus Polyimid besteht.
Wie bei den RAM-Bausteinen der anderen Festplatten sind auch hier diverse Schlitze zu erkennen, über die vermutlich ebenso nach der Fertigung Leitungen durchtrennt wurden.

 

WD Red 3TB SKhynix H5PS5162GFA Die

Die Polyimidschicht lässt sich mit der vorsichtig eingesetzten Hitze eines Gasbrenners veraschen, ohne dass die Strukturen darunter offensichtlichen Schaden nehmen.
Interessant ist hierbei, dass die Bereiche zwischen den linken und den rechten Speicherblöcken weiterhin schwarz verbleiben.

Es wird sichtbar, dass der Speicher in vier Blöcke aufgeteilt ist. Jeder Block enthält 16 x 16 rechteckige Elemente.
Zwischen den oberen und den unteren Speicherbereichen befindet sich anscheinend die Steuerungslogik.

 

WD Red 3TB SKhynix H5PS5162GFA Die Detail

In den 1024 rechteckigen Blöcke lassen sich gerade noch 32 Zeilen erkennen. Bricht man die Speichergröße auf diese Zeilen herunter, so müssen sich unter jeder Zeile immernoch 2kB-Speicherzellen befinden.

 

WD Red 3TB Halbleiter Siliziumfläche

Trotz der Leistungsfähigkeit der Festplatte war insgesamt nicht mehr allzu viel Siliziumfläche notwendig.

 

zurück

Ist dir dieses Kapitel etwas wert?

Jegliche Zuwendung wird reinvestiert!