Ogni qual volta Apple Inc. rilascia un nuovo iPhone, le aziende che si occupano di analisi teardown come IHS Inc., UBM e iFixit lo smontano immediatamente e danno risalto ai componenti costosi presenti al suo interno, come display, processore, batteria e chip di memoria. Come tutti gli altri prodotti, però, anche iPhone contiene dispositivi più piccoli essenziali per il suo design, compresi i condensatori.
L'analisi teardown di IHS su iPhone 6 spiega il ruolo fondamentale che i condensatori giocano in questi noti prodotti elettronici, con circa 730 di tali passivi trovati nello smartphone. I condensatori sono presenti in tutti i più importanti sottosistemi di iPhone 6, il che dimostra quanto siano ubiqui questi dispositivi.
BOM Away
Nelle analisi teardown preliminari condotte a settembre 2014, IHS stimava che i costi dei materiali (BOM) utilizzati per iPhone 6, che dispone di 16 gigabyte (GByte) e memoria flash NAND, ammontavano a 196,10 $.
Gli elementi costosi, infatti, prodotti con le tecnologie più avanzate, erano responsabili della maggior parte dei costi.
Ad esempio, il sottosistema del display di iPhone 6 utilizza la tecnologia ad alta definizione di Apple Retina ed LCD con funzione touch e in-plane switching avanzate. Il processore delle applicazioni è l'A8 di Apple, che era l'ultima generazione all'epoca, prodotto con una tecnologia all'avanguardia con semiconduttori a 20 nanometri e che include lo stesso numero di transistor della precedente generazione A7.
IHS non ha rivelato il prezzo di ognuno di questi componenti principali, ma il display e il sottosistema del processore delle applicazioni di iPhone 6 costano rispettivamente 45 e 20 dollari.
Fama dei condensatori
Al contrario, tutti tranne uno dei condensatori presenti in iPhone 6 costano molto meno di un centesimo l'uno. Il costo totale dei 730 condensatori presenti nello smartphone è di soli 2,13 dollari, ovvero l'1% del costo totale dei BOM.
I condensatori, tuttavia, sono presenti in ogni parte del design, dalla PCB (printed circuit board - scheda di circuito stampata) principale, alla PCB di interfaccia e di ingresso/uscita, alla PCB del pulsante home, alla PCB del microfono frontale, al modulo del display, fino alla PCB del pulsante sveglia/pausa/flash telecamera.
Tutti tranne uno dei condensatori presenti nel prodotto sono dispositivi in ceramica multistrato (MLCC). Ciò è coerente con lo status degli MLCC di condensatori più comuni nei dispositivi elettronici, dato che, secondo le stime, ogni anno si utilizzano mille miliardi di tali dispositivi. IHS ha scoperto che gli MLCC possono essere condensatori X5R/X7R, dispositivi C0G/NP0 o parti passanti. Le sigle NPO, X5R e X7R definiscono l'intervallo di temperatura e dielettrico e la carica di capacità consentita.
I condensatori passanti in ceramica vengono impiegati a scopo di bypass. Sono prodotti a forma di tubo, con metallizzazione interna a contatto con un piombo e la metallizzazione esterna per la saldatura. L'unica parte che faceva eccezione era un dispositivo incapsulato al tantalio di Rohm Co. Ltd. Tale dispositivo, il condensatore più costoso individuato in iPhone 6, costava intorno a 0,02 $. I condensatori al tantalio sono impiegati nei circuiti di campione e contatto e nel filtraggio dell'alimentazione nelle schede madri dei computer e nei telefoni cellulari. In condensatore al tantalio Rohm è utilizzato nella PCB principale di iPhone 6.
I condensatori sono ovunque
Nell'iPhone 6 sono stati trovati condensatori in tutti i vari sottosistemi dello smartphone.
La PCB principale del telefono contiene le funzioni centrali di iPhone 6, compreso il processore A8, la DRAM, il modem wireless e i sensori del giroscopio e dell'accelerometro. Visto che incorpora tutte queste essenziali funzioni di sistema, la PCB principale contiene anche il più ampio numero di condensatori rispetto a ogni altro sottosistema dello smartphone, per un totale di 682 dispositivi.
Il più alto numero di condensatori si trova nella PCB di interfaccia e I/O, dove sono presenti 17 dispositivi. Al secondo posto abbiamo il modulo display/touchscreen, che contiene 11 condensatori. Seguono il pulsante home, con 9 dispositivi, la PCB del microfono frontale, che ne conta sette, e la PCB del pulsante sveglia/pausa/flash della telecamera, che ne contiene 4.
Efficienza di Apple
Il grande numero di condensatori in iPhone 6 è ancora più sorprendente se si considera l'approccio altamente efficiente e integrato di Apple alla progettazione dei dispositivi elettronici mobili. I prodotti mobili di Apple sono rinomati per la capacità di concentrare le proprie funzioni in ampi circuiti integrati, che minimizzano l'utilizzo di componenti più piccoli, come componenti singoli e passivi.
Il segreto dell'eleganza del design di Apple risiede nello stretto controllo della selezione di componenti, software e design stesso dei suoi prodotti. Mentre Apple produce il suo sistema operativo (OS), altri produttori di dispositivi mobili utilizzano sistemi operativi di terze parti. Apple sviluppa anche i suoi progetti, mentre altre aziende impiegano spesso progetti di riferimento che utilizzano a loro volta progetti di riferimento di terze parti tramite appaltatori e fornitori di semiconduttori. L'azienda progetta anche il proprio circuito integrato di elaborazione principale.
Tale approccio consente ad Apple di ottenere l'efficienza progettuale nei dispositivi mobili che altri produttori di tablet non riescono a raggiungere. Tale efficienza si manifesta, secondo IHS, in aree come la densità di memoria, l'utilizzo della batteria, i costi, il risparmio di spazi, le prestazioni e la conta dei componenti.
L'approccio meno integrato degli altri produttori porta a un utilizzo ancora più massiccio di condensatori nei relativi smartphone, rispetto ai prodotti Apple.
Prospettive per i condensatori
Sebbene Apple sia uno degli attori principali nel mercato degli smartphone, la società di ricerca di mercato IDC stima che i prodotti basati sul sistema operativo iOS non abbiano raggiunto il 17% delle unità consegnate a livello globale nel 2015. La grande maggioranza delle rimanenti unità consegnate utilizza Android. Ciò significa che un incredibile numero di smartphone consegnati ogni anno utilizza progetti che prevedono l'impiego di più componenti passivi e singoli, rispetto a quelli trovati nell'iPhone.
Il mercato degli smartphone è in continua espansione, dato che questi dispositivi si appropriano anche delle quote di mercato un tempo riservate ad altri telefoni cellulari. Si stima che le consegne di smartphone in tutto il mondo raggiungano 1,5 miliardi di unità nel 2019, rispetto all'1,2 miliardi stimati da IDC per il 2015. Tutto ciò significa che le opportunità di utilizzo di condensatori negli smartphone continueranno a crescere nei prossimi anni, il che porterà a un aumento delle vendite per i fornitori di componenti passivi.