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XIV
Power
POWER 12 - NOVEMBRE/DICEMBRE 2016
(ovvero lo schema circuitale e la necessaria documenta-
zione di corredo) per ottimizzare le prestazioni elettri-
che e termiche dell’intero circuito di potenza, compresi
i pochi componenti esterni richiesti dal progetto. Questo
layout ottimizzato è stato sviluppato e definito dopo aver
condotto test esaustivi sull’intero range di temperatura di
funzionamento e in tutte le condizioni operative previste
per il modulo (Fig. 1).
Poiché la qualità del modulo è strettamente correlata alla
reputazione del produttore, quest’ultimo dedicherà le ri-
sorse e il tempo di ingegnerizzazione necessario per que-
sta ottimizzazione. Per contro, un livello di ottimizzazione
così spinto molto spesso non può essere conseguito nel
caso lo sviluppo del prodotto sia fatto da un OEM, per
ragioni di natura prettamente economica. In questo caso,
il progetto della scheda e l’ingegnerizzazione dell’aspet-
to termico vengono effettuate seguendo un approccio di
tipo “best effort” (massimo sforzo), in modo da ottenere le
migliori prestazioni nel tempo, alquanto limitato, disponi-
bile per lo sviluppo. In molti casi, un approccio di questo
tipo non garantirà quel livello di ottimizzazione tipica di
un modulo. Per le ragioni appena esposte è ragionevole
supporre che le prestazioni termiche e l’efficienza a livello
di layout di un sistema basato su un modulo siano migliori
rispetto a quelle di un circuito discreto.
2) Affidabilità del sistema
Argomentazioni del tutto simili a quelle appena esposte
possono valere anche per quel che concerne l’affidabilità
del modulo di potenza quando utilizzato nelle condizioni
operative previste.
Per quel che concerne l’affidabilità, la superiorità dei
moduli rispetto ai circuiti di potenza discreti può essere
espressa in termini di numero di componenti. In altre
parole, il tasso di guasto (FIT – Failure In Time) aumen-
ta in maniera approssimativamente lineare con il nume-
ro di componenti presenti in un sistema. Di conseguen-
za, in un circuito contenente 20 componenti il tasso di
guasto sarà verosimilmente 20 volte superiore rispetto a
quello di un circuito contenente un solo componente.
Il modulo, ovviamente, non è un singolo componente,
ma unico package contenente parecchi componenti.
Tuttavia, l’esperienza ha dimostrato che l’affidabilità dei
moduli di potenza in applicazioni reali è di gran lunga
superiore rispetto a quella di circuiti discreti equivalenti.
Questo perché la natura stessa della costruzione del mo-
dulo è, sotto vari aspetti, meno soggetta a guasti rispetto
a un insieme di componenti discreti montati sulla sche-
da. Il modulo, per esempio, occupa uno spazio inferio-
re sulla scheda ed è quindi meno influenzato dalla pre-
senza di eventuali deformazioni (warping) sulla scheda
stessa. La temperatura all’interno del modulo, inoltre,
è distribuita in maniera più uniforme grazie sia alle ri-
dotte dimensioni sia alla presenza del mould compound
(ovvero il composto termoindurente utilizzato per in-
capsulare il chip nel package) che
rende più agevole la distribuzione
del calore. Grazie alla presenza di
un numero inferiori di hot spot
(punti caldi), che sprigionano tra
l’alto un calore meno intenso, i
dispositivi all’interno di un modu-
lo possono operare a temperature
inferiori e in maniera più efficien-
te, con conseguente riduzione
delle probabilità di guasto.
Un modulo, inoltre, ha un nume-
ro inferiore di giunti di saldatura:
i die dei componenti attivi sono
saldati direttamente base board del modulo, ma le altre
connessioni sono realizzate tramite fili (bonding), come
in un circuito integrato (si faccia riferimento alla Fig.
2). Ciò significa che il numero di giunti saldati e di fili
è nettamente inferiore rispetto a quello di un progetto
discreto. Oltre a ciò, i fili sono meno esposti a fenomeni
di flessione, criccatura e ad altri meccanismi di guasto
rispetto ai giunti saldati, utilizzati per i componenti di-
screti a montaggio superficiale.
I vantaggi, in termini di affidabilità, non si limitano a quel-
li appena esposti. Non vanno dimenticati il tempo e le ri-
sorse impiegate dai produttori di moduli per il test e la
validazione dei loro prodotti. Il collaudo può prevedere la
prova di invecchiamento accelerato (HALT – Highly Ac-
celerated Lifetime Testing), che attraverso stress a fatica
(termici, meccanici ed elettrici), permette di pervenire a
un valore calcolato dell’MTBF (Mean Time Before Failu-
re) del modulo.
I report di affidabilità disponibili sui siti Web dei pro-
duttori danno anche un’indicazione del tasso di guasto
(FIT rate) di un prodotto. Un report relativo all’affi-
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