Bei High Speed mit CMT: keine Kompromisse - Codico

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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. 2004
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
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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!
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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.
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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).
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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
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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.
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