Setor tecnológico da invenção

[0001 ] A presente invenção pertence, de modo geral, ao setor tecnológico de dispositivos eletrónicos e se refere, mais especificamente, ao setor de amplificadores de áudio, tendo por finalidade melhorar o acoplamento térmico entre transístor SMD (surface mount device) e drivers de áudio com seus dissipadores de calor, reduzindo a temperatura de trabalho e permitindo, assim, o aumento da densidade de potência de amplificadores de áudio, redução do custo do produto e aumento da confiabilidade, ao mesmo tempo em que elimina componentes de fixação e isolação elétrica entre a placa e o dissipador, reduzindo o tempo de fabricação do produto, suas dimensões e custo.

Estado da técnica conhecido

[0002] O estado da técnica deste setor tecnológico compreende duas modalidades de encapsulamento de transístores para amplificadores de áudio, sendo conhecidos o PTH (pin through hole) e o SMD (surface mount device).

[0003] Os componentes PTH são montados diretamente no dissipador através de parafusos, presilhas e isolante elétrico, por isso possuem um acoplamento térmico adequado, mas a fixação é cara, de montagem lenta e ocupa muito espaço.

[0004] Os componentes SMD são montados diretamente na placa de circuito impresso (PCB), que é produzida em fibra de vidro com baixa condutividade térmica. Para fazer a transferência térmica entre o componente SMD e um dissipador acoplado em baixo da placa são usadas“vias” em baixo do transístor. O acoplamento térmico é prejudicado devido ao fato das“vias” não possuírem boa condutividade térmica, o que faz com que o componente SMD opere em uma temperatura mais alta em relação aos componentes PTH. Uma via de 0,6mm possui em média uma resistência térmica de 96.8 °C/W, o que significa que a cada watt dissipado no componente, sua temperatura se elevará em 96.8 °C. A adição de mais vias reduz a resistência térmica, mas esta solução é limitada pelo tamanho reduzido do transístor ou driver de áudio. Em 270 mm ² de placa com o máximo de vias possíveis, a resistência térmica cai para 12 °C/W. Para exemplificar, em um amplificador de áudio de 100W e 90% de eficiência, há uma potência de 10W dissipada no transístor ou driver de áudio que precisa ser transferida para o dissipador de calor e as vias não dão a condução térmica adequada à essa aplicação. Nesse exemplo, o componente chegaria a 120°C dissipando uma potência de 10W, sendo que a maioria dos transístores possuem uma temperatura de trabalho máxima de 150°C. Outra desvantagem se refere a necessidade de usar isolante elétrico entre a placa e o dissipador.

Novidade e objetivos da invenção

[0005] A presente invenção se refere a um acoplamento térmico aperfeiçoado entre o transístor e o driver de áudio com o dissipador de calor abaixo da placa, capaz de eliminar as deficiências do estado da técnica. Assim, a invenção compreende a substituição do núcleo da placa de circuito impresso por um núcleo constituído por um material termicamente eficiente, como alumínio, cobre ou cerâmica, permitindo que o transístor ou o driver de áudio tenha um acoplamento térmico direto com o dissipador e uma transferência de calor equivalente aos componentes PTH. Uma vez que os transístores e drivers são fixados diretamente na placa e esta é isolada eletricamente, a instalação da placa no dissipador é facilitada, pois elimina a necessidade de empregar isolantes elétricos e componentes de fixação como parafusos e presilhas (necessários nos componentes PTH).

[0006] As vantagens são várias. Ao trocar o núcleo da placa para metal, o componente SMD opera em uma temperatura menor, aumentando a confiabilidade do produto, já que a potência máxima de trabalho do transístor ou driver é inversamente proporcional à sua temperatura de operação (Figura 1 ). Dessa forma é possível também utilizar um componente de potência menor e mais barato garantindo a mesma confiabilidade na aplicação.

[0007] Em alguns casos, a placa de metal pode substituir o dissipador, já que é produzida no mesmo material que os dissipadores de calor e pode assumir a mesma função.

Descrição dos desenhos anexos [0008] A fim de que a presente invenção seja plenamente compreendida e levada à prática por qualquer técnico no assunto, a mesma será explicada de forma clara, concisa e suficiente, tendo como base os desenhos anexos abaixo listados, que são apenas exemplificativos de concretizações preferenciais sem ter a finalidade de limitar o escopo da invenção apenas aos exemplos ilustrados, pois qualquer um versado na técnica sabe que inúmeras alterações, supressões, adições e substituições podem ser realizadas sem escapar do escopo da proteção:

[0009] Figura 1 apresenta uma curva típica de corrente máxima de operação versus temperatura de um transístor.

[0010] Figura 2 apresenta o estado da técnica atual, ilustrando um transístor SMD ou driver de áudio montado em placa de fibra de vidro padrão com vias para transferência térmica.

[0011 ] Figura 3 apresenta a invenção proposta, em que o transístor SMD ou driver de áudio é montado em placa de núcleo de metal com transferência de calor para o dissipador aprimorado.

Descrição detalhada da invenção

[0012] A presente invenção, revelada neste relatório descritivo, compreende Transístor SMD ou driver de áudio (1 ) soldado diretamente em placa de núcleo de metal (2) com transferência de calor para o dissipador aprimorado (3). Esta concepção proporciona a transferência de calor ideal, já que o componente (1 ) é soldado diretamente em um material altamente condutivo termicamente.

[0013] Em uma concretização preferencial da invenção é utilizada uma placa (2) com núcleo de alumínio, cobre ou cerâmica. Na figura 1 é apresentada a curva típica de corrente máxima de operação versus temperatura de um transístor e, como já explanado anteriormente, com os componentes instalados de modo convencional em uma placa de 270 mm ² , em um amplificador de áudio de 100 W e 90% de eficiência há uma potência de 10 W dissipada no transístor ou driver de áudio que precisa ser transferida para o dissipador de calor e componente eleva a sua temperatura a 120 °C. Na mesma área de 270-mm ² , com os componentes instalados de acordo com a presente invenção, a resistência térmica de uma placa de núcleo de metal (2) é de apenas 0,2 °C/W e um componente (2) que dissipa os mesmos 10 W elevaria sua temperatura em apenas 2°C.

[0014] Em dois protótipos montados de acordo com a invenção, um amplificador de 800W e outro de 1200W. No amplificador de 800W a densidade de potência (Watt/Cm ³ ) aumentou em torno de 2x e no amplificador de 1200W a densidade de potência aumentou em torno de 3x evidenciando a grande melhoria que a patente proposta oferece ao produto, visto que a redução do tamanho da placa e do dissipador resultam em uma grande redução de custo. Os dois protótipos atingiram a potência especificada e tiveram performance equivalente ou melhor que os produtos sem a utilização das melhorias citadas na invenção.

[0015] Tratou-se no presente relatório descritivo de uma invenção revestida de aplicação industrial, novidade e atividade inventiva, sendo, portanto, dotada de todos os requisitos legais para receber a patente pleiteada.