Vzhledem k tomu, že elektronická zařízení se stále zmenšují a zároveň rostou jejich výpočetní výkon, ukázalo se tepelné řízení jako jedna znejkritičtějších výzev v konstrukci polovodičů. Mikroprocesory, integrované obvody a další složité elektronické komponenty obvykle efektivně fungují pouze v rámci specifického prahového teplotního rozsahu. Když tyto komponenty během provozu generujínadměrné teplo,nejenže to zhoršuje jejich vlastní výkon, ale také snižuje celkovou spolehlivost systému — a v extrémních případech může vést k úplnému selhání systému.

Pro konstruktéry je řízení provozní teploty prvořadé. I mírné snížení provozní teploty typického křemíkového polovodičového zařízení přináší významné zlepšení spolehlivosti i životnosti produktu.. Jak poznamenal jeden pozorovatel z oboru, „efektivní tepelné řízení je rozhodující pro vysoké-napájení zařízení, protoženadměrné teplo může snížit jejich výkon a spolehlivost.".

Grafitové řešení

Zadejte grafit — materiál, který se rychle stává základním kamenemnext-generace řešení tepelného managementu. Trhu s termofóliovými materiály v současnosti dominují tři kategorie: přírodní grafitové termální fólie, umělé grafitové termální fólie ananovrstvy.-uhlíkové tepelné fólie. Vedoucími společnostmi v každé kategorii jsou GrafTech (USA), Panasonic (Japonsko)a SKC (Jižní Korea).

GrafTech, považovaný za globálního lídra v oblasti umělých grafitových produktů a fólií s vysokou tepelnou vodivostí, je držitelem značného patentového portfolia v oblasti zpracování grafitových filmů a slouží hlavním výrobcům OEM v oblasti chlazení chytrých telefonů, výkonové elektroniky a bateriových sad pro elektromobily.. Společnost byla průkopníkem použití komprimovaných desek z expandovaného grafitu k řešení tepelných problémů a trhu pro použití tohoto materiálu v elektronickém tepelném managementu produktů..

3D tisk se setkává s grafitovými substráty

Dnes, s využitím technologie 3D tisku, GrafTech vynalezl flexibilní obvodovou desku s flexibilním grafitovým substrátem-. Tiskem dielektrických vrstev, vodivých vrstev a dalších elektronických součástekna flexibilní grafitovou matrici společnost vytvořila řešení, které efektivně šíří teplo pryč od součástek, aniž by došlo k poškození sousedních částí. Flexibilní obvodová deska obsahuje dielektrickou vrstvu vytvořenouna povrchu flexibilního grafitového substrátu a elektricky vodivou vrstvu vytvořenouna povrchu dielektrika.. Vysoká in-rovinná tepelná vodivost grafitového substrátu poskytuje zvýšenou schopnost přenosu tepla a účinně odvádí teplo od elektronických součástek pro lepší chlazení.

Tato inovace má hluboké důsledky pro miniaturizaci a ztenčování elektronických zařízení, jako jsou smartphony,notebooky a ploché-panelové televizory. Flexibilní obvodová deska může podporovat světlo-emitující diody (LED diody) — zvláště kritická aplikace, protože výrobcineustále zvyšují jas displeje, což vede k vyšší spotřebě energie LED anásledně k většímu vytváření tepla, které je škodlivé pro provoz LCD.

Patenty a budoucí aplikace

Portfolio patentů společnosti GrafTech v tomto prostoru zahrnuje WO2016015032A1 ("Flexibilní obvodová deska s grafitovým substrátem a uspořádáním obvodů s použitím stejného") a související spisy. Schválení těchto patentů významně posiluje schopnost společnosti GrafTech vyrábět elektronická zařízenína pružných materiálech, které lze opakovaně kroutit,natahovatnebo ohýbat..

Flexibilní a ohebná elektronika je připravena stát se potenciálnínáhradou současných desek plošných spojů s širokým-široké spektrum aplikací ve skládacích chytrých telefonech, různýchnositelných zařízeních a automobilových systémech.

Paralelní vývoj roztažitelné elektroniky

Shodou okolnostína začátku roku 2017 dosáhl výzkumný tým z Missouri University of Science and Technology průlom v související oblasti. Vědci úspěšně integrovali flexibilní substráty s tuhými vodivými materiály — kombinující zásadně odlišné materiálové vlastnosti — pomocí techniky zvané „přímý aerosolový tisk“. Proces zahrnujenástřik vodivého materiáluna roztažitelný substrát za účelem vyvinutí senzorů, které lze umístitna kůži.

Elastické povrchy lze opakovaně kroutit,natahovat a ohýbat, což umožňuje výrobu ohebných a roztažitelných elektronických produktů prakticky bez dopaduna výkon. Dr. Heng Pan, odborný asistent mechanického a leteckého inženýrstvína Missouri S&T a spol-autor výzkumného dokumentu poznamenal, že aditivní výrobanabízí ekonomické řešení k překonánínesouladu mezi pružnými elastomerovými bázemi a křehkými elektronickými vodiči. "Přímý tisk jako aditivní výrobní metoda by takové požadavky uspokojila anabídlanízkénáklady a vysokou rychlost při prototypování i výrobě,"napsali vědci..

Cesta vpřed

Jako poptávka po, menší formě-faktor elektroniky stále roste, tepelný management bude jennabývatna významu. Grafitové materiály — s jejich výjimečnými in-rovinná tepelná vodivost a kompatibilita s pokročilými výrobními technikami, jako je 3D tisk — jsou umístěny tak, aby vedly další revoluci v elektronické spolehlivosti.

Konvergence technologie grafitových substrátů s aditivní výrobou představuje změnu paradigmatu v tom, jak jsou elektronické obvodynavrhovány a vyráběny. Od skládacích telefonů přes zdravotnickánositelná zařízení až po automobilové systémy, éra flexibilní, roztažitelné a tepelně optimalizované elektroniky jižnení vzdáleným příslibem. — již se formujena výrobních linkách a ve výzkumných laboratořích po celém světě.