Thinkpad x41 SSD upgrade SATA

Dieser Artikel beschreibt den Einbau einer SATA-SSD der Firma Intel in ein Thinkpad x41 Tablet. Hierbei sind ein Umbau der Festplattenaufnahme und technische Eingriffe auf dem Mainboard notwendig. Der Aufwand dieser Aufrüstung ist hoch, kann zur dauerhaften Beschädigung des Gerätes führen und kann nicht zurück gebaut werden.

Warnung

Die Projekte in dieser Rubrik können Ihre Gesundheit oder die Gesundheit Ihrer Hardware, Geräte, Fahrzeuge oder Beziehung gefährden. Ich rate dringen davor ab, Projekte aus dieser Kategorie nachzubauen oder auszuprobieren.
Ich lehne jede Verantwortung für Nachbauten dieser Projekte ab und komme nicht für Schäden auf, die Sie sich, einer anderen Person oder Gegenständen beim Nachbauen oder Ausprobieren zufügen.

Motivation

Als Roadwarrior im IT-Bereich bin ich von einem funktionierenden Notebook abhängig, das einem täglichen Transport im Eastpak ausgesetzt ist. Mein x41 macht diese Tortour jetzt seit ca. 5 Jahren ohne murren mit und ich fragte mich, was ich bei einem kurzfristigen Totalausfall des Gerätes mache. Backups der Daten sind kein Problem und werden regelmäßig erstellt. Alleine an einem Backup der Hardware mangelt es. Anfang 2010 hatte ich dann die Möglichkeit auf der Bucht ein gebrauchtes x41 Tablet ohne Festplatte und defektem Akku, für wenig Geld zu erstehen. Einen Akku hatte ich noch durch einen Fehlkauf liegen und eine passende Festplatte war durch den SSD-Umbau meines x41 aus dem Jahre 2008 vorhanden. Also das fast perfekte Ersatzgerät. Nach dem das Gerät angekommen und mit Windows XP versehen wurde, zeigte sich wieder die alte Wunde der Festplattengeschwindigkeit. Außerdem reizte mich natürlich die Tablet-Funktion, die augenscheinlich nach einem Windows 7 schrie. Hierfür war die verbaute Festplatte nicht nur zu langsam, sondern mit ihren 32GB etwas knapp bemessen. Also plante ich für dieses Gerät ebenfalls einen Umbau auf eine SSD ein. Leider war die bisher verwendete MTRON-SSD mit PATA-Anschluss nur schwer verfügbar und hatte ebenfalls nur 32GB Speicherkapazität. Auf der Suche nach einer Lösung fand ich die SSDs der Firma Intel im 1,8“ Format mit 80GB und SATA-Schnittstelle. Nach einigen Recherchen und dem Stöbern in einigen Foren war klar, dass das x41 vom Hause aus eine SATA-Schnittstelle besitzt, die durch eine Brücke auf einen PATA-Festplattenanschluss verdrahtet wurde. Also wurde es Zeit, das nächste Level im Festplattenupgrade zu erklimmen …

Aufrüstung

Für den Umbau kommt eine 1,8“ Intel SSD mit 80GB Speicherkapazität und einer SATA-Schnittstelle zum Einsatz. Damit diese im x41 Platz findet, muss als Erstes der alte Festplattenrahmen entfernt werden. Die langen Schrauben werden zum Abschluss wieder zur Befestigung der PATA-Buchse und des Mainboards verwendet.

Thinkpad x41T, Festplattenrahmen

Damit die SSD nach dem Lebensende des x41 in andere Geräte transplantiert werden kann, sollte an ihr keine technische Änderung oder Lötarbeit durchgeführt werden. Aus diesem Grund wird ein SATA-Stecker verwendet und umgebaut. Dieser benötigt Platz, der im Gehäuse des x41 mit dem Dremel geschaffen werden muss. Hierfür ist der linke Steg im Festplattenschacht bis auf eine Höhe von ca. einem Millimeter abzuschneiden. Da das Gehäuse des x41 aus einer Metalllegierung besteht, ist es ratsam, das Mainboard und die Elektronik vorher auszubauen. Wer das Risiko liebt, kann die Elektronik abkleben, die Späne beim Arbeiten absaugen und nach der Arbeit, das Gehäuse mit Druckluft ausblasen.

Änderungen am x41 Festplattenschacht

Der nächste Schritt erfordert etwas Mut, den es sind Lötarbeiten auf dem Mainboard durchzuführen. Das x41 besitzt vom Chipsatz aus SATA-Schnittstellen. Zum Zeitpunkt der Entwicklung war aber nur ein 1,8“ Festplattentyp von der Firma Hitachi mit PATA-Anschluss vorhanden. Ein Standard, der sich nicht durchsetzten konnte. Aus diesem Grund gibt es auf dem Mainbord eine SATA zu PATA Brücke, diese trägt die Bezeichnung 88SA8040-NNC1 und kommt von der Firma Marvell. Die Brücke befindet sich in einem QFN-Gehäuse1), was das Entlöten mit normalem Lötkolben unmöglich macht. Die Anschlüsse befinden sich auf der Unterseite an den vier Seiten des Chips. Zusätzlich besitzt der Chip in der Mitte ein großes Lötpad, das zur Wärmeableitung verwendet wird. Zum Auslöten des Bauteils muss dieses gleichmäßig auf Löttemperatur erhitzt werden, hierfür leistet eine Heißluftpistole gute Dienste. Die Heißluftpistole sollte auf eine Temperatur von ca. 450-500°C und einen geringen Luftstrom eingestellt sein. Das Bauteil muss ausreichend erhitzt werden, danach kann es mit einer Nadel über eine Ecke abgehoben werden. Hierbei ist auf einen geringen Kraftaufwand zu achten, da über den entstehenden Hebel verlötete Pads von der Leiterplatte gerissen werden. Die zu verwendeten SATA-Pins sind in der Abbildung gekennzeichnet.

Entfernen der SATA 2 PATA Bridge

Nachdem jetzt auf dem Mainboard vollendete Tatsachen geschaffen wurden, ist das SATA-Anschlusskabel vorzubereiten. Hierfür wird ein fertiges Mirco SATA-Anschlusskabel mit Spannungswandler in der gewinkelten Ausführung verwendet, das von seiner Größe nicht ins x41 passt. Das Steckergehäuse wird vom schwarzen Kunststoffmantel befreit und die Elektronik und Anschlüsse freigelegt. Der integrierte Spannungswandler und die Stromkabel werden abgelötet. Die Intel SSD benötigt keine 5V Spannungsversorgung und die notwendigen 3,3V stellt der PATA-Anschluss bereit. Die Stromversorgung kann danach gemäß der Abbildung neu verlötet und in scharf abgewinkelter Form mit Heißkleber vergossen werden.

Anpassungen am SATA-Stecker

Die für den SSD-Betrieb notwendige Spannung von 3,3V kann über den PATA-Anschluss bezogen werden. Der Anschluss entspricht hierbei der ATAPI-44 Spezifikation mit einigen kleinen Änderungen. Zum einen kommt eine Betriebsspannung von nur 3,3V zum Einsatz. Zum anderen scheint die Belegung des Steckers auf den ersten Blick etwas merkwürdig. Auf den zweiten Blick stellt man aber fest, dass hier nur die Zählreihenfolge umgekehrt wurde. Was bedeutet, dass der kleine Pfeil, der den PIN 1 darstellt, auf den PIN 44 der Spezifikation verweist. Zusätzlich sind die Pins verschränkt ausgeführt, da diese nur auf der Oberseite der Leiterplatte verlötet wurden. Die Betriebsspannung von +3,3V findet man dem entsprechend auf den Pins 3 und 4, Masse kann über verschiedene Pins bezogen werden, die Masseleiterbahn ist gut zu erkennen. Möglich Abgriffspunkte sind hier die Pins 2 oder 17.

Stromanschluss für den SATA-Stecker

Jetzt kann die SSD mit dem Stecker ins Gerät eingesetzt werden. Wenn alles passt, muss das SATA-Kabel auf die richtige Länge gekürzt und die Enden abgemantelt werden. Der freie Bereich sollte so kurz wie möglich gehalten und alle Adern auf gleiche Länge gekürzt werden. Damit keine Kurzschlüsse auftreten, sind die Enden mit Schrumpfschlauch zu isolieren. Ist die Abschirmung bereits im SATA-Stecker über die Festplatte mit Masse verbunden, ist auf der Lötseite keine weitere Masseverbindung notwendig.

Vorbereitung des SATA-Anschluss

Vor dem Verlöten der Anschlüsse sollte das SATA-Anschlusskabel auf dem Mainboard mit Heißkleber fixiert werden. Hierbei ist auf darauf zu achten, dass der Ablauf der Tastaturwanne frei bleibt.

Ablauf für Tastaturwanne

Nach der Fixierung können die Adern des SATA-Anschlusskabels mit den entsprechenden Pads der ehemaligen PATA-Brücke verlötet werden. Damit mechanische Spannungen im Gerät nicht die Pads von der Leiterplatte reißen, wird hier jeweils ein kurzes Stück Fädeldraht für den Anschluss verwendet. Hierbei handelt es sich um einen dünnen isolierten Kupferlackdraht, der sich mit dem Lack gut verlöten lässt. Damit es nicht zu unterschieden in der Signallaufzeit kommt, sollten alle Adern die gleiche Länge haben.

Intel SSD, fertigestellter Einbau

Vor dem Schließen des Gerätes sollte die Festplatte getestet und ggf. ein Betriebssystem installiert werden.

Erreichtes Ziel

Das erreichte Ziel ist ein zügig arbeitendes x41 Tablet mit Stiftunterstützung, Windows 7 und einer Akkulaufzeit von ca. 4,5h für ca. 450,- EUR.

Windows und alle relevanten Programme stehen nach wenigen Sekunden zur Verfügung und die sequentielle Festplattengeschwindigkeit liegt bei ca. 120MB/Sek. Was zeigt, dass die verbaute PATA-Brücke zu einem deutlichen Leistungsverlust führt. Die im alten Gerät verbaute PATA-SSD der Firma MTRON kam im Testbetrieb am PC auf ca 100MB/Sek., wovon im x41 „nur“ ca. 75MB/Sek. übrig bleiben. Insgesamt ist es auch erstaunlich, welchen Einfluss die Festplattengeschwindigkeit auf die Gesamtperformance eines Systems hat.

Von der Haptik und der qualitativen Verarbeitung ist das x41 Tablet derzeitig allen vergleichbaren neuwertigen Geräten in dieser Preislage weit überlegen, wozu sich noch der Vorteil eines Trackpoints gesellt. Bei der Akkulaufzeit und der Prozessorperformance kann ich bis 2012/2013 sicherlich mit einigen kleineren Abstrichen leben. Insbesondere, da derzeitig hauptsächlich schwachbrüstige Atom-Plattformen gepuscht werden und sich zurzeit bei der Technik im (Sub-)Notebookbereich einige interessante Umbrüche ankündigen.

Anmerkung und Problembehebung

  • Durch das Entfernen der PATA-Brücke entfällt auch die Ansteuerung der Festplatten-LED. Alternativ könnte der entsprechende Anschluss der Southbridge umverdrahtet werden. Ich habe mich aber dafür entschieden, auf die LED zu verzichten.
  • Da sich nach dem Umbau keine von IBM zertifizierte Festplatte mehr im Gerät befindet, bekommt man bei jedem Neustart den Fehler 2010. Die Meldung kann mit ESC übersprungen werden.
    Fehlermeldung 2010
    Im BIOS kann unter Startoptionen festgelegt werden, dass dieser Fehler automatisch nach einigen Sekunden ignoriert wird und das Gerät ohne Tastendruck durchstartet.
    Bios Konfiguration
  • Der hier beschriebene Umbau wurde an einem X41 Tablet durchgeführt. Bei einer Wiederholung dieses Umbaus bei einem Standard X41 ist aufgefallen, dass dieses ca. 1cm schmaler ist. Dieser Platz fehlt beim Einbau der Festplatte. Mögliche Lösungsansätze:
    • Die Leitungen direkt an der SSD auflöten, was ich für eine schlechte Idee halte.
    • Den Stecker beim Leitungsanschluss optimieren und diese Ausführung schmaler ausarbeiten.
    • Die SSD ohne Gehäuse einbauen.
    • Den auf der Innenseite liegenden Gehäusesteg entfernen.

Eventuell sind mehrere Maßnahmen nötig. Der Platz sollte vor dem Umbau geprüft werden.

Interne Resourcen

Externe Ressourcen

1) Quad Flat No Leads
wiki/projekte/pimpmeup/thinkpad_x41_hdd_upgrade_sata.txt · Zuletzt geändert: 2011-05-14 23:13 von Marek Walther