EO-456

- ELETTRONICA OGGI 456 - SETTEMBRE 2016

COVERSTORY

L’architettura di packaging 3D e

una disposizione più razionale dei

componenti risolve problemi termici

Afshin Odabaee

Business Unit Manager

µModule Power Products

Linear Technology Corporation

PER RISULTATI

REGOLATORI POL

enza voler assolutamen-

te mancare di rispetto alla

vasta competenza e lunga

esperienza di chi è in grado di ide-

are e progettare un elegante con-

vertitore DC/DC, spesso alla fine

non si fa fronte al calore: ultimo

paventato problema di fisica, che

deve essere risolto dall’ingegnere

incaricato di progettare il packa-

ge, considerando che spesso ha

molta più autorità per quanto ri-

guarda le prestazioni termiche di

un Point-Of-Load (POL) DC/DC.

Un tale regolatore genera calore

poiché la conversione di tensio-

ne non è mai efficiente al 100%

(finora). Inoltre, esiste il proble-

ma della temperatura che può

essere raggiunta dal contenitore

a causa della costruzione, del

layout e dell’impedenza termica

del contenitore stesso; quest’ul-

tima fa aumentare la temperatura

non solo del POL ma anche del

PCB e dei componenti circostan-

ti contribuendo inoltre alla com-

plessità della disposizione dei

componenti da dissipare.

Lo scambio termico con l’esterno quando il

package è montato su una PBA (Printed Board As-

sembly) viene attuato in due modi principali:

nel caso di montaggio superficiale, il calore si pro-

paga per conduzione negli strati di rame del PCB, dif-

fondendosi dalla parte inferiore del package;

il flusso di aria fredda dissipa il calore dalla

parte superiore del package, o più precisamente,

il calore viene trasferito alle molecole dell’aria,

che vanno a contatto della superficie della parte

superiore, a temperatura inferiore.

Quindi, una maggiore quantità di rame, un’area

più ampia e strati più spessi sul PCB, oltre a un

distanziamento superiore fra i

componenti situati sulla scheda

stessa nonché ventole più grandi

e con velocità di rotazione mag-

giore sono alcune buone idee di

gestione termica per mantenere

l’intero sistema, compresi i POL

DC/DC, in funzione entro limiti di

temperatura sicuri. Oltre a que-

ste buone idee, si potrebbero

adottare altri approcci per faci-

litare la gestione termica di POL

compatti ma ad alta potenza?

Sebbene inizialmente i metodi

summenzionati, o anche tutti,

abbiano un effetto notevole nel

mantenere un sistema a tempe-

rature inferiori, la loro applica-

zione potrebbe diminuire il van-

taggio competitivo di vendita di

un prodotto finale o di un siste-

ma. Il prodotto finale, per esem-

pio un router, potrebbe diventare

più grande a causa della sepa-

razione intenzionale di compo-

nenti sulla PCB, più rumoroso in

modo udibile a causa del numero

di ventole e dei flussi d’aria più

veloci all’ingresso e all’uscita di

circuiti ad alta temperatura e forse alla fine, risul-

tare inferiore in un mercato in cui le aziende com-

petono costantemente per offrire un prodotto mi-

gliore in termini di dimensioni ridotte, potenza di

calcolo, velocità di trasmissione dei dati, efficien-

za e costi di raffreddamento. I dispositivi digitali

da 28-20 nm e anche meno di 20 nm consumano

più potenza per fornire prestazioni migliori, men-

tre i produttori di apparecchiature competono fra

di loro con dispositivi innovativi più veloci, com-

patti, silenziosi ed efficienti. Alle spalle dell’entu-

siasmo suscitato dai progressi delle nuove tecno-

logie digitali, c’è anche il problema a cui si deve

far fronte con le tecnologie di alimentazione e dei

Fig. 1 – La tecnologia di packaging vertica-

le ovvero 3D per regolatori (moduli) POL a

potenza elevata innalza l’induttore che è

così esposto a un flusso d’aria, agendo da

dissipatore. Il resto del circuito CC/CC viene

assemblato sul substrato sotto l’induttore,

mantenendo piccola l’area della scheda di

circuiti e migliorando le prestazioni termi-

che del contenitore