AdvancedCMT vs. Pressfit. Fachartikel

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1 AdvancedCMT vs. Pressfit Bei High Speed mit CMT: keine Kompromisse Die Vorteile der Compression Mount Technology (CMT) am Beispiel von Steckverbindern für AdvancedTCA und MicroTCA Steckverbinder in Rack-Architekturen wurden bisher meist mit Einpresstechnik auf der Leiterplatte kontaktiert, weil diese sich über die Jahre hinweg etabliert hatte. Gewichtige Gründe sprechen jedoch für die innovative Compression Mount Technologie (CMT). Christoph Prem / Manuela Sprich Yamaichi gilt bereits seit Jahrzehnten als Spezialist für die CMT bei Test- und Burn-In Sockeln wurden von dem Unternehmen die ersten Steckverbinder in CMT für die Advanced Mezzanine Card entwickelt. Was ist Compression Mount Technologie (CMT)? CMT ist die Kontaktierungstechnologie zwischen einem elektromechanischen Bauteil (z.b. Steckverbinder oder Testadapter für Halbleiter-Chips) und einer Baugruppe (Platine bzw. Leiterplatte). Es handelt sich um eine Art des elektrischen Oberflächenkontakts, der durch gegenseitiges Anpressen der beiden Kontaktflächen über Verschraubung hergestellt wird. Ein Lötprozess ist somit nicht erforderlich. Die vorgespannten federnden Kontakte des Bauteils drücken per vordefiniertem Anschraubdruck (über Akkuschrauber zu realisieren) auf ein vergoldetes Kontakt-Pad auf der Leiterplatte. Sogenannte metallische Stiffener werden dabei gleichzeitig auf der Unterseite der Leiterplatte zu ihrer Versteifung mitverschraubt. Somit werden spannungsbedingte Verformungen der Leiterplatte verhindert. AdvancedCMT Die Produktfamilie AdvancedCMT von Yamaichi bietet mit den AdvancedMC-Steckverbindern Lösungen für die neuen Telekommunikations-Standards ATCA und MicroTCA. Bei den für MicroTCA erforderlichen MCH-Steckverbindern ist Yamaichi übrigens Vorreiter - hier kann Yamaichi als erster Hersteller bereits - 1-

2 Serienprodukte in verschiedensten Kombinationen anbieten. Der MCH-Steckverbinder dient als Adapter zwischen Backplane und MCH-Kontrollerkarte (MicroTCA Carrier Hub, vormals VCM oder Virtual Carrier Manager). Bei den AdvancedMC-Steckverbindern für ATCA sowie MicroTCA ist Yamaichi hingegen nicht mehr ganz allein auf dem Markt. Im Vergleich zu den Konkurrenzprodukten besteht jedoch ein wesentlicher Unterschied in der Anschlussart: Während andere Steckverbinderhersteller die herkömmliche Einpresstechnik verwenden, setzt Yamaichi auf die Compression Mount Technologie. Die AdvancedCMT übertrifft die in der Spezifikation geforderte Signalintegrität bei Übertragungsgeschwindigkeiten von 12,5 Gbps und zeigt auch bei weitaus höheren Übertragungsraten hervorragende Hochfrequenzeigenschaften. Die High Speed Eigenschaften von AdvancedCMT sind denen der Einpreßsteckverbinder bei weitem überlegen. Die AdvancedCMT ist bei Yamaichi Electronics eine qualifizierte und zuverlässige Technologie, die seit Jahrzehnten erfolgreich in Halbleiter-Testsockeln eingesetzt wird. Yamaichi ist damit Weltmarktführer für diese Produkte geworden. Im Telekommunikationsmarkt ist die AdvancedCMT allerdings eine Innovation, die aufgrund der neuen Hochgeschwindigkeitsanforderungen zwingend notwendig geworden ist und sich bei zahlreichen Anwendungen bereits durchgesetzt hat. Auch im Hinblick auf die mechanische Belastbarkeit und Zuverlässigkeit bei Temperatur-, Schock-, Vibrationsbelastungen etc. erfüllt AdvancedCMT alle Anforderungen ohne Kompromisse. Die Innovation im Yamaichi-Steckverbinder ist die AdvancedCMT bei der Verbindung zur Trägerkarte (ATCA) bzw. Backplane (MicroTCA). Die Vorteile für den Anwender Für die Compression Mount Technologie sprechen mehrere Gründe. Hauptsächlich sind es drei ganz entscheidende Faktoren, die sie von der Einpresstechnik unterscheiden und die die Performance der Applikationen massgeblich verbessern: High-Speed-Übertragung, Flexibilität im PCB-Design und Zuverlässigkeit! 1. Signalintegrität bei High-Speed-Datenübertragung Bei der Einpresstechnik erfolgt die Kontaktierung aller Signallagen durch metallisierte Bohrungen. Die Durchkontaktierungen sind wegen ihrer hohen Reflexion ein Störfaktor für schnelle Signalflanken oder hochfrequente Signale. Bei der Compression Mount Technologie erfolgt die Kontaktierung einzelner Signallagen durch Bohrungen mit sehr kleinem Durchmesser oder durch sogenannte Micro-Vias. Dadurch erhält man deutlich verringerte Reflexionen und einen stabilen Impedanz-Verlauf: also High-Speed ohne Kompromisse! - 2-

3 Im Vergleich zwischen Press-Fit und AdvancedCMT zeigt die AdvancedCMT wesentlich bessere Hochfrequenzeigenschaften. Die Kontaktierung einzelner Signallagen durch Micro-Vias verringert Störsignale, wie sie sonst nur bei grossen Pressfit-Bohrungen vorkommen. Dies belegen die Augendiagramme (links bei Einpresstechnik, rechts bei AdvancedCMT) bei jeweils 12,5 Gbit/s. 2. Flexibilität bei der Entflechtung Die Entflechtung des Steckverbinders auf dem Carrier-Board (ATCA) oder der Backplane (MicroTCA) lässt sich bei der AdvancedCMT-Variante viel einfacher gestalten. Möglich wird dies ebenfalls durch Bohrungen mit kleinem Durchmesser oder dem Einsatz von Micro-Vias (Blind Vias und Buried Vias). Diese miniaturisierten Kontaktierungen zwischen den Leiterplattenlagen benötigen nur einen minimalen Platzbedarf im Vergleich zum grossen Durchmesser der platzraubenden Pressfit-Bohrlöcher. Bei AdvancedCMT ist Platz für jeweils 3 horizontale und vertikale Leiterbahnpaare in den Mittelachsen des Steckers sowie sogar 4 vertikale Paare im Bereich des MCH-Moduls. Bei Pressfit lassen sich gerade mal 2 horizontale Leiterbahnpaare realisieren. Nur 1 Leiterbahnpaar ist im MCH-Modulbereich möglich. Vertikale Entflechtung unter dem Pressfit-Stecker ist überhaupt nicht möglich. Siehe die Abbildung. Aus diesen Vorteilen ergeben sich das einfache Board-Layout, weniger Leiterplattenlagen sowie zuverlässigere Datenraten. Die Entflechtungunsmöglichkeiten beim Leiterplattendesign der MicroTCA-Backplane sind bei AdvancedCMT erheblich besser als bei Pressfit. Dies zeigt der Vergleich im Bild. Mit der besseren Board-Entflechtung sind auch Kosteneinsparungen verbunden. Da ca. ein Drittel der Lagen im Leiterplattendesign eingespart wird, ergeben sich Kostenvorteile von ca. 20%, wenn eine typische MicroTCA-Backplane mit AdvancedCMT entflechtet wird. 3. Zuverlässige Verbindung Auch hinsichtlich der Montage ergeben sich Vorteile: die Steckverbinder lassen sich in einem einfachen Montageprozess auf das Carrier Board bzw. die Backplane schrauben. Das ist vor allem bei Reparaturen und beim Service im Feld ein grosser Vorteil, da sich hier der Steckverbinder einfach abschrauben und durch einen neuen ersetzen lässt. Diesen Vorteil kann die Einpresstechnik nicht bieten. - 3-

4 Selbstverständlich entspricht AdvancedCMT auch im Hinblick auf mechanische Stabilität, Lebensdauer etc. sämtlichen Spezifikationen für den Einsatz in Rack-Architekturen. Auch die Card-Edge-Verbindung aller Steckverbinder der AdvancedCMT -Familie, d.h. die Verbindung zwischen der Advanced Mezzanine Karte und dem Backplane- (MicroTCA) bzw. Carrier-Board- Steckverbinder (ATCA), zeichnet sich durch Ihre große Kontaktzuverlässsigkeit aus. Die Kontakte im Card-Edge-Bereich sind von Beginn an breiter entwickelt worden, um die Toleranzen der Leiterplattenpads auszugleichen. Dies gilt sowohl für die Positionstoleranzen der Pads auf der Leiterplatte als auch für die Pad-Abmessungen. Von der AdvancedMC-Spezifikation abweichende Positionstoleranzen in der Leiterplattenfertigung waren vor allem bei Einführung der AdvancedMC-Spezifikation ein Thema. In der jetzt gültigen Spezifikation AMC.0 R2.0 sind die Toleranzen jedoch überarbeitet worden und stellen kein Problem für die Leiterplattenfertigung mehr dar. Die Toleranz für die Pad-Abmessung ist mit +/-0.02mm definiert und ist nach Auskunft der Leiterplattenhersteller somit ebenfalls unkritisch. Die Card-Edge-Kontakte sind auch im Hinblick auf Kontaktkräfte und Oberflächenabrieb speziell konstruiert worden. Aufgrund der Kontaktform liegt der Kontaktpunkt z.b. nicht im Stanzbereich, sondern im Biegebereich des Kontaktmaterials. Somit können Beschädigungen der Oberfläche beim Stecken und Ziehen der AdvancedMC-Karte vermieden werden. Auch die Kontaktkraft kann aufgrund dieser speziellen Kontaktform genau definiert und über die Lebensdauer sichergestellt werden. Zusammenfassend kann für den Card-Edge-Bereich daher gesagt werden: keine zusätzliche Führung der AdvancedMC-Karte mittels Guide Springs o.ä. notwendig stabile Kontaktkraft über die Lebensdauer keine Beschädigung der Kontaktoberfläche und somit stabiler Übergangswiderstand Wie erwähnt, werden die AdvancedCMT-Steckverbinder durch einfaches Aufschrauben auf die Leiterplatte montiert. Es wird also kein aufwendiges und teures Equipment benötigt. Neben einer geeigneten Vorrichtung, die die Steckverbinder positioniert, wird nur noch ein Akkuschrauber benötigt, um die Steckverbinder mit dem vorgegebenen Drehmoment zu montieren. Tabelle AdvancedCMT-Steckertypen. MCH-Kontrollermodul mit MCH-Adapter stabilisiert In Serienfertigung sind auch bereits die MCH-Plugs der Serie CN084 (MicroTCA Carrier Hub). Innerhalb der MicroTCA-Rackarchitektur fungieren sie als Card-Edge-Adapter zwischen der MicroTCA-Backplane (über den Backplanesteckverbinder CN080) und dem MCH-Modul. Bei den sogenannten Zungen gibt es drei verschiedene Ausführungen, deren Kombination unterschiedliche Anordnungen von MCH-Modulen ermöglicht. Die MCH-Adapter werden dabei über die MicroTCA-Steckverbinder mit der Backplane verbunden. Für MCH-Adapter und die sonstigen AdvancedMC-Karten für MicroTCA wird also der identische Card-Edge-Steckverbinder verwendet (Yamaichi-Serie CN080 in 170poliger Ausführung). - 4-

5 Bislang sind insgesamt sieben Kombinationen zwischen Backplane und MCH realisiert (siehe Tabelle). Durch diese ergeben sich für die Serie CN084 von 170 bis zu maximal 680 Kontakte. Das Design zeichnet sich somit durch hohe Flexibilität der Konfigurationen aus. Übersicht über die Kombinationsmöglichkeiten des MCH-Steckverbinders. Der Einsatz des MCH-Steckverbinders bietet einen weiteren entscheidenden Vorteil dadurch, daß er die mechanischen Toleranzen beim Einbau der MCH-Module ausgleicht und die Steck- und Ziehkräfte deutlich reduziert. Dieses unerwünschte Spiel der einzelnen MCH-Module untereinander wird eliminiert, indem die Module mit Hilfe der Assemblierungswerkzeuge fest mit dem Steckverbinder montiert und somit stabilisiert werden. Dadurch wird ein exaktes und paralleles Führen beim Einbau eines bis zu 4-züngigen Moduls ermöglicht. Die Serie CN084 ist wie alle Steckverbinder nach der MicroTCA-Spezifikation hochgeschwindigkeitstauglich für Übertragungsraten von 12,5 Gbps. Aber auch darüber hinaus ist in - 5-

6 Tests noch Potential für zukünftige Anwendungen nachgewiesen. Die High Speed Eigenschaften sind, wie bei allen Yamaichi-Produkten für Hochfrequenzanwendungen, ausgezeichnet. Für die einfache Assemblierung und Handhabung der CN084-Serie werden auch spezielle, leicht bedienbare Werkzeuge angeboten. Fazit Wie dargelegt hat die AdvancedCMT deutliche Vorteile gegenüber der herkömmlichen Einpreßtechnik. Es ist davon auszugehen, daß sie sich in den nächsten Jahren im Telekom-Markt durchsetzen wird. Yamaichi entwickelt weiterhin ein komplettes Steckverbinder-Produktportfolio in AdvancedCMT für alle ATCA / MTCA-Applikationen. - 6-

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