Vzhledem k tomu, že elektronická zařízení se stále zmenšují a zároveň rostou jejich výpočetní výkon, řízení teploty se ukázalo jako jedna znejkritičtějších výzev v moderním designu elektroniky. Nyní řeší tento problém průlom od společnosti GrafTech International Holdings Inc-na—pomocí technologie 3D tisku k vytvoření flexibilních desek plošných spojů s grafitovými substráty, které dramaticky zlepšují odvod tepla pro vysoké-výkonové LED a další teplo-generování komponent.

Thermal Management Challenge

V dnešních elektronických zařízeních je teplonepřítelem výkonu a spolehlivosti. Mikroprocesory, integrované obvody a další složité elektronické komponenty obvykle efektivně fungují pouze v rámci specifických teplotních prahů. Když tyto komponenty během provozu generujínadměrné teplo,nejenže to zhoršuje jejich vlastní výkon, ale také snižuje celkovou spolehlivost systému—a může dokonce vést k úplnému selhání systému.

Sázky jsou zvláště vysoké pro vysoké-výkonové LED diody. Protože výrobcineustále prosazují jasnější displeje a svítivější řešení osvětlení, LED spotřebovávají stále více energie. Ve skutečnosti se přibližně 70 až 85 procent příkonu spotřebovaného LED diodami přeměňujena teplo spíšenežna světlo.. Toto teplo je škodlivé pro provoz LED a pokudnení správně řízeno, může výrazně zkrátit životnost zařízení a snížit výkon.

Spolehlivost polovodičových zařízení se dramaticky zlepšuje snižšími provozními teplotami-. Studie ukázaly, že i 10°Zvýšení teploty o C může zkrátit provozní životnost zařízenína polovinu. Pro konstruktéry je řízení provozní teploty zásadní pro maximalizaci životnosti a spolehlivosti součástí.

Nové řešení: 3D-Potištěné flexibilní grafitové obvodové desky

GrafTech, globální lídr v oblasti grafitových a uhlíkových produktů-, vyvinula inovativní přístup k tepelnému managementu. Pomocí technologie 3D tisku společnost vynalezla flexibilní obvodovou desku s flexibilním grafitovým substrátem. Prostřednictvím 3D tisku, dielektrických vrstev a elektricky vodivých vrstev—spolu s dalšími elektronickými součástkami—jsou tištěny přímona flexibilní grafitovou matrici.

Struktura je elegantně jednoduchá, ale vysoce účinná:na povrchu pružného grafitového substrátu se vytvoří dielektrická vrstva ana povrchu dielektrika se vytvoří elektricky vodivá vrstva.. Elektricky vodivá vrstva—které mohou obsahovat stříbro, měďnebo hliník,nebo mohou být aplikovány jako tloušťka-filmová vodivá pasta—tvoří elektrický obvod. Vodivá vrstva může být aplikována pomocí různých tiskových technik, včetně sítotiskunebo 3D tisku.

Vynikající tepelný výkon

Klíč k této technologii spočívá v samotném grafitovém substrátu. Flexibilní grafitnabízí výjimečně vysokou in-rovinná tepelná vodivost—typicky v rozmezí od 300 do 1500 W/m·K-. To umožňuje rychlé a efektivní šíření tepla po povrchu substrátu, odvádění tepla od horkých míst a jeho distribucina větší plochu pro efektivnější rozptyl.

Výsledkem je obvodová deska, která dokáže efektivně chladit teplo-generování součástí bez poškození sousedních částí. To je zvláště cenné pro vysoké-výkonové LED diody, kde koncentrované teplona spoji LED může rychle snížit výkon a zkrátit životnost. Montáží LED přímona flexibilní grafitový substrát je teplo rychle odváděno pryč ze světla-emitující komponenty, což zlepšuje chlazení i celkovou spolehlivost zařízení.

Flexibilita bez kompromisů

Snadnejpůsobivější je, že flexibilní grafitová obvodová deska si zachovává vynikající flexibilitu a zároveň poskytuje vynikající tepelný výkon. Deska plošných spojů může být ohnuta, ohnutanebo jinak zkreslena z rovinné konfigurace, aniž by tonegativně ovlivnilo její výkon jako obvodové desky.

V praxi to znamená výjimečné poloměry ohybu: deska s obvody o tloušťce 0,5 mm může dosáhnout poloměru ohybu přibližně 6,0 mm, zatímco deska o tloušťce 0,25 mm se může ohnoutna poloměr asi 3,0 mm.. Tato flexibilita otevírá zcelanové možnosti pronávrh elektroniky.

Široké aplikace a budoucí potenciál

Důsledky této technologie sahají daleko za hranice LED osvětlení. Patent společnosti GrafTechna tuto technologii—uděleno jako americký patent č. 9,546,763 dne 17. ledna 2017—staví společnost do čela flexibilní výroby elektroniky. Flexibilní, ohebná elektronika má potenciál stát se životaschopnou alternativou k tradičním pevným deskám s plošnými spoji s aplikacemi zahrnujícími skládací chytré telefony,nositelná zařízení, automobilové systémy a další..

Technologie se již aplikujena zobrazovací zařízení, kde LED svítí-emitující komponenty jsounamontoványna flexibilních obvodových deskách s grafitovými substráty pro řízení tepla generovaného stále jasnějšími displeji.

Pohled dopředu

Vzhledem k tomu, že se elektronická zařízení stále vyvíjejí směrem k menším tvarovým faktorům a vyššímu výkonu, bude efektivní řízení teploty jennabývatna významu. GrafTech 3D-desky plošných spojů s flexibilním grafitem představují významný krok vpřed—kombinující tepelné výhody grafitu s volností designu flexibilních substrátů a výrobní efektivitou 3D tisku.

Pro designéry vysoké-výkonové LED systémy, displeje a další-generace flexibilní elektroniky, tato technologienabízí přesvědčivé řešení jedné znejtrvalejších výzev v tomto odvětví: udržení výkonných komponent v chladu, aniž by byla obětována flexibilita a kompaktnost, kterou moderní zařízení vyžadují.