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TECH INSIGHT THERMAL MANAGEMENT Oltre alla consultazione dei datasheet dei componenti, utile per individuare le loro temperature di funziona- mento sicuro e familiarizzare con i parametri circuitali, è possibile utilizzare una telecamera termica (Fig. 1) per ottenere un’immagine accurata dei principali compo- nenti che generano calore. L’impatto del calore sull’affidabilità dei componenti Elevati livelli di calore possono avere un impatto molto serio sull’affidabilità dei componenti. La figura 2 riporta la durata prevista di condensatori ceramici multistrato (MLCC) a +85 °C e +105 °C. Ad esempio, quando opera a 50 °C, il condensatore MLCC con temperatura nominale di +85 °C ha una durata utile di 40 anni. Quest’ultima si riduce drasticamente a soli dieci anni quando la tempe- ratura media di funzionamento aumenta di dieci gradi, passando a 60 °C. Per specificare l’affidabilità di qualsiasi sistema si utilizza l’MTBF (Mean Time Between Failure), che viene calcolato sulla base dei parametri di affidabilità dei componenti. Qualsiasi incremento della temperatura di funziona- mento media imputabile all’eccessivo calore farà dimi- nuire l’MTBF dell’unità. Senza dimenticare che in molti dispositivi a semicondut- tore e batterie si verifica il fenomeno della fuga termica (thermal runway). A causa della reazione a catena tipica di questo fenomeno, l’aumento di temperatura provoca un incremento dei flussi di corrente, innescando una spi- rale che può produrre guasti nel componente, sovracca- richi nel sistema e persino incendi. Tecniche per la gestione della potenza Tra le numerose modalità di dissipazione di calore, si possono sicuramente menzionare la conduzione e la con- vezione. La conduzione prevede il trasferimento di calore (energia termica) da un oggetto a un altro. Il trasferimen- to di energia termica da un componente caldo a un ogget- to più freddo permette di diminuire la temperatura del componente. La conduzione è il metodo più efficace per il trasferimento del calore in quanto richiede l’utilizzo di una superficie più piccola rispetto alle altre tecniche. Il raffreddamento per convezione ricorre a un flusso d’a- ria in movimento per rimuovere il calore da un oggetto, ridistribuendolo nell’aria circostante. Quando l’aria ri- muove il calore, viene aspirata altra aria, aumentando il flusso d’aria e abbassando di conseguenza la temperatu- ra della fonte di calore. Il flusso d’aria può essere naturale o forzato: l’uso di una ventola, ad esempio, permette di accelerare il processo di dissipazione del calore. Oltre a ciò, il ricorso a dissipatori consente di aumentare l’area superficiale effettiva di un componente, il che si traduce in un incremento della quantità di calore che è possibile dissipare. Impedenza termica e materiali di interfaccia termica L’impedenza termica misura l’efficacia di un materiale nella conduzione del calore e rappresenta un parametro importante per i calcoli richiesti per la gestione termi- ca. Materiali di interfaccia termica (TIM – Thermal Ma- nagement Materials) come pad, gel e paste, ad esempio, permettono di migliorare la conduzione del calore tra Fig. 2 – L’impatto della temperatura sulla durata dei condensatori MLCC (Fonte: Murata) Fig. 3 – Alcuni esempi di materiali di interfaccia termica disponibili presso Würth Elektronik (Fonte: Würth Elektronik) ELETTRONICA OGGI 514 - NOVEMBRE/DICEMBRE 2023 23