Progettazione di sistemi innovativi di montaggio a compressione per componenti elettronici di alta potenza = Design of innovative compression mounting systems for high-power electronic components

L'elettronica di potenza è una disciplina chiave nel panorama tecnologico moderno, essenziale per una vasta gamma di applicazioni, dalle energie rinnovabili ai trasporti elettrificati, fino all'automazione industriale. Questa disciplina si basa su componenti elettronici che consentono la conversione e il controllo efficiente dell'energia elettrica. Tra questi, i diodi e gli SCR in configurazione press-pack sono particolarmente apprezzati per la loro affidabilità e versatilità, offrendo vantaggi come una bassa resistenza termica, una bassa caduta di tensione, una distribuzione uniforme della corrente, un'eccellente resistenza ai cicli termici e la possibilità di integrazione con sistemi di raffreddamento bilaterale. Per garantire un funzionamento ottimale, questi componenti richiedono una forza di compressione costante, omogenea e diretta perpendicolare alle superfici polari dei componenti stessi. A tal fine, sono stati sviluppati nel tempo vari sistemi di montaggio a compressione, tra cui i box clamp e i bar clamp. Nella prima parte della tesi, di natura più descrittiva, si introducono i componenti press-pack e si analizzano i due sistemi di compressione più largamente utilizzati, i box clamp e i bar clamp, focalizzandosi sui criteri di funzionamento e sulle procedure di serraggio e smontaggio. Per i box clamp, si espone la logica di composizione in base al carico e allo spessore del componente, valutando l'incertezza della forza di compressione in funzione della tolleranza sullo spessore del componente elettronico. Per i bar clamp, si descrivono la struttura, le fasi di assegnazione del precarico e il ruolo cruciale della rondella testimone per verificare il raggiungimento del carico applicato al modulo desiderato. Nella seconda parte della tesi, di carattere più sperimentale e operativo, si pone l’attenzione sulla progettazione e sulla realizzazione di un nuovo bar clamp, il TECMV-X, capace di applicare una forza di 22 kN, e caratterizzato dalla presenza di tiranti filettati realizzati in Durostone EPR S1. Si procede con il dimensionamento statico della barra di carico e dei tiranti filettati, confrontando i risultati analitici con le simulazioni FEM per validare la procedura adottata. In assenza di dati certi sullo stato tensionale o sulla freccia massima delle barre di carico, il confronto tra verifiche analitiche e simulazioni FEM diventa essenziale per confermare o correggere le procedure di dimensionamento. Si presentano inoltre le prove di trazione per caratterizzare meccanicamente il Durostone EPR S1: i dati ricavati da questi test vengono successivamente utilizzati per il dimensionamento statico dei tiranti del nuovo clamp. Una volta dimensionate le parti più sollecitate del TECMV-X, si presenta una nuova procedura di serraggio sotto pressa, adeguata ai clamp dotati di lunghi tiranti filettati. Questa procedura si basa su un modello analitico atto a determinare la minima forza di compressione, che la pressa deve applicare sull’intero modulo durante il serraggio “sotto pressa”, necessaria per garantire, una volta completato il serraggio, che il carico applicato sia pari alla forza di precarico. Il modello di calcolo sviluppato viene validato confrontando i risultati analitici con i dati sperimentali ottenuti dai test sui componenti reali.