EO-456

- ELETTRONICA OGGI 456 - SETTEMBRE 2016

COVERSTORY

della giunzione dell’ambiente e

del case del dispositivo. Poiché

gran parte del flusso termico nei

package SMD è diretto dalla parte

inferiore del case al PCB, le indi-

cazioni sul layout e le discussio-

ni sulle misure termiche devono

essere articolate nel datasheet,

in modo da evitare sorprese in un

secondo tempo, durante la proto-

tipazione del sistema.

Un package ben progettato deve

essere in grado di dissipare il

calore con efficienza e uniforme-

mente attraverso le sue super-

fici, per eliminare o mitigare la

concentrazione di flussi termici

e hot-spot che peggiorano l’af-

fidabilità del dispositivo. Come

descritto in precedenza, il PCB

ha la funzione di assorbire e

diffondere gran parte del calo-

re generato dai POL a montag-

gio superficiale, tuttavia, grazie

ai flussi d’aria prevalenti negli

odierni sistemi, complessi e ad

alta densità, un POL progettato

in modo più intelligente sfrutta

anche questa opportunità di raf-

freddamento “gratuita” per dissipare il calore dai

suoi componenti che raggiungono alte temperatu-

re, come i MOSFET e gli induttori.

Dirigere il calore dall’interno del contenitore

alla parte superiore e nell’aria

Un regolatore switching ad alta potenza dipende

da un induttore per convertire la tensione di ali-

mentazione in ingresso in una tensione di uscita

regolata. Nel caso di un regolatore step-down non

isolato, il dispositivo è dotato di un induttore che,

insieme agli altri elementi di commutazione come

i MOSFET, produce calore durante la conversio-

ne DC/DC. Circa dieci anni fa, un nuovo progresso

nello sviluppo dei package consentì di progettare

e inserire un intero regolatore – compresi i com-

ponenti magnetici – all’interno di un involucro di

plastica stampato, detto modulo o SiP, in cui gran

parte del calore generato all’interno deve essere

diretto al PCB dalla parte inferiore del contenitore.

Qualsiasi tentativo convenzionale di migliorare la

capacità di dissipazione del calore che si genera

nel package SMD – come il fissaggio di un dissi-

patore alla parte superiore del case – contribui-

sce ad aumentare le dimensioni

di quest’ultimo.

Tuttavia, abbastanza recentemen-

te – tre anni fa – fu ideata un’in-

novativa tecnica di packaging

del modulo che sfrutta il flusso

d’aria disponibile per consentire

il raffreddamento automatico del

dispositivo: un dissipatore viene

integrato nel package del modulo

mediante un processo di stam-

paggio per iniezione sovrappo-

sta (overmolding); progettato in

modo da avere una forma unica,

il dissipatore viene collegato ai

MOSFET e agli induttori (i genera-

tori di calore) all’interno del con-

tenitore, mentre l’altra estremità

del dissipatore è una superficie

piatta esposta all’aria sulla par-

te superiore del package stesso.

Grazie a questa nuova tecnica di

packaging, risulta possibile raf-

freddare velocemente il dispositi-

vo mediante il flusso dell’aria che

lambisce la superficie piatta del

dissipatore (vedere il datasheet

dell’LTM4620 per alcuni video Te-

chClip). Un’altra idea innovativa

nelle tecniche del packaging volte a migliorare le

prestazioni termiche di regolatori POL ad alta po-

tenza perfeziona questo concetto.

Regolatore (modulo) POL con induttore impilato

che fa da dissipatore

Le dimensioni dell’induttore di un regolatore di-

pendono da molti fattori, tra cui la tensione, la fre-

quenza di commutazione, la gestione della corrente

e la sua costruzione. In un approccio a modulo, in

cui il circuito DC/DC – compreso l’induttore – vie-

ne realizzato con un processo di overmolding e

incapsulato in un contenitore di plastica, lo spes-

sore, il volume e il peso del package dipendono

dalle dimensioni dell’induttore. Quest’ultimo è an-

che un elemento che genera calore, contribuendo

alla temperatura interna complessiva del modulo.

Il dissipatore integrato nel package, discusso in

precedenza, è molto utile per trasferire veloce-

mente per conduzione il calore interno all’esterno

del contenitore, sulla sua parte superiore, e infine

all’aria, a una piastra fredda o a un dissipatore pas-

sivo. Tuttavia, questa tecnica è utile per induttori

di dimensioni e correnti ridotte, che sono inseribi-

Fig. 4 – Massima corrente di 40A erogata

fino a 83 °C di temperatura ambiente,

200 LFM

Fig. 5 – Elevata efficienza di conversione

con 12 VIN e varie tensioni di uscita