Kun elektronisten laitteiden koko pienenee ja prosessointiteho kasvaa, lämmönhallinta onnoussut yhdeksi kriittisimmistä haasteistanykyaikaisessa elektroniikkasuunnittelussa. Nyt GrafTech International Holdings Inc:n läpimurto vastaa tähän haasteeseen-päällä—käyttämällä 3D-tulostustekniikkaa joustavien piirilevyjen luomiseen grafiittisubstraateilla, jotka parantavat dramaattisesti lämmönpoistoa-teho-LEDit ja muu lämpö-tuottavat komponentit.

Thermal Management Challenge

Nykypäivän elektronisissa laitteissa lämpö on suorituskyvyn ja luotettavuuden vihollinen. Mikroprosessorit, integroidut piirit ja muut monimutkaiset elektroniset komponentit toimivat tyypillisesti tehokkaasti vain tietyissä lämpötilakynnyksissä. Kunnämä komponentit tuottavat liikaa lämpöä käytön aikana, se ei vain heikennäniiden omaa suorituskykyä, vaan myös heikentää järjestelmän yleistä luotettavuutta.—ja voi jopa johtaa täydelliseen järjestelmävikaan.

Panokset ovat erityisen korkeat korkealle-teho LEDit. Kun valmistajat jatkuvasti vaativat kirkkaampianäyttöjä ja valoisampia valaistusratkaisuja, LEDit kuluttavat yhä enemmän virtaa. Itse asiassanoin 70–85 prosenttia LEDien kuluttamasta syöttötehosta muunnetaan lämmöksi valon sijaan.. Tämä lämpö on haitallista LEDin toiminnalle, ja jos sitä ei hallita oikein, se voi lyhentää merkittävästi laitteen käyttöikää ja heikentää suorituskykyä..

Puolijohdelaitteiden luotettavuus paranee dramaattisesti alhaisemmissa käyttölämpötiloissa-. Tutkimukset ovat osoittaneet, että jopa 10°C lämpötilannousu voi puolittaa laitteen käyttöiän. Suunnittelijoille käyttölämpötilan hallinta on välttämätöntä komponenttien käyttöiän ja luotettavuuden maksimoimiseksi.

Uusi ratkaisu: 3D-Painetut joustavat grafiittipiirilevyt

GrafTech, maailman johtava grafiitti- ja hiilituotteiden valmistaja-, on kehittänyt innovatiivisen lähestymistavan lämmönhallintaan. 3D-tulostusteknologiaa käyttäen yritys on keksinyt joustavan piirilevyn joustavalla grafiittisubstraatilla. 3D-tulostuksen, dielektristen kerrosten ja sähköä johtavien kerrosten kautta—sekä muita elektronisia komponentteja—painetaan suoraan joustavalle grafiittimatriisille.

Rakenne on tyylikkään yksinkertainen, mutta erittäin tehokas: joustavan grafiittisubstraatin pinnalle muodostetaan dielektrinen kerros ja sitten sähköä johtava kerros eristeen pinnalle.. Sähköä johtava kerros—joka voi sisältää hopeaa, kuparia tai alumiinia tai levittää paksuna-elokuvan kapellimestari tahna—muodostaa sähköpiirin. Johtava kerros voidaan levittää erilaisilla painotekniikoilla, mukaan lukien silkkipainatus tai 3D-tulostus.

Ylivoimainen lämpöteho

Avain tähän tekniikkaan on itse grafiittisubstraatissa. Joustava grafiitti tarjoaa poikkeuksellisen korkean-tason lämmönjohtavuus—tyypillisesti 300 - 1500 W/m·K-. Tämä mahdollistaa lämmön leviämisennopeasti ja tehokkaasti alustan pinnan poikki, siirtää lämpöä pois kuumista kohdista ja jakaa sen suuremmalle alueelle tehokkaamman poistumisen aikaansaamiseksi..

Tuloksena on piirilevy, joka voi tehokkaasti jäähdyttää lämpöä-tuottaa komponentteja vahingoittamatta viereisiä osia. Tämä on erityisen arvokasta korkealle-teho-LEDit, joissa keskitetty lämpö LED-liitoksessa voinopeasti heikentää suorituskykyä ja lyhentää käyttöikää. Asentamalla LEDit suoraan joustavalle grafiittisubstraatille lämpö johdetaannopeasti pois valosta-säteileviä komponentteja, mikä parantaa sekä jäähdytystä että laitteen yleistä luotettavuutta.

Joustavuus ilman kompromisseja

Ehkä vaikuttavinta on, että joustava grafiittipiirilevy säilyttää erinomaiset joustavuusominaisuudet samalla kun se tarjoaa erinomaisen lämpösuorituskyvyn. Piirilevyä voidaan taivuttaa, taivuttaa tai muuten vääristää tasomaisesta konfiguraatiosta vaikuttamattanegatiivisesti sen suorituskykyyn piirilevynä.

Käytännössä tämä tarkoittaa poikkeuksellisia taivutussäteitä: 0,5 mm paksulla piirilevyllä taivutussäde voi ollanoin 6,0 mm, kun taas 0,25 mm:n levyllä voi taipuanoin 3,0 mm:n säteeseen.. Tämä joustavuus avaa täysin uusia mahdollisuuksia elektroniikkasuunnitteluun.

Laajat sovellukset ja tulevaisuuden mahdollisuudet

Tämän tekniikan vaikutukset ulottuvat paljon LED-valaistuksen ulkopuolelle. GrafTechin patentti tälle tekniikalle—myönnetty US-patenttinanro 9 546 763 17. tammikuuta 2017—asettaa yrityksen joustavan elektroniikan valmistuksen eturintamaan. Joustava, taivutettava elektroniikka voi olla kannattava vaihtoehto perinteisille jäykille painetuille piirilevyille, ja sovellukset kattavat taitettavat älypuhelimet, puettavat laitteet, autojärjestelmät ja paljon muuta..

Tekniikka on jo käytössänäyttölaitteissa, joissa LED-valo-säteilevät komponentit on asennettu joustaville piirilevyille, joissa on grafiittisubstraatit hallitsemaan yhä kirkkaampiennäyttöjen tuottamaa lämpöä.

Katse eteenpäin

Kun elektroniset laitteet kehittyvät edelleen kohti pienempiä muototekijöitä ja parempaa suorituskykyä, tehokkaan lämmönhallinnan merkitys vain kasvaa. GrafTechin 3D-painetut joustavat grafiittipiirilevyt ovat merkittävä askel eteenpäin—yhdistää grafiitin lämpöedut joustavien alustojen suunnitteluvapauteen ja 3D-tulostuksen tuotantotehokkuuteen.

Korkean tason suunnittelijoille-teho LED-järjestelmät,näytöt ja seuraava-sukupolven joustava elektroniikka, tämä tekniikka tarjoaa vakuuttavan ratkaisun yhteen alan pysyvimmistä haasteista: tehokkaiden komponenttien pitäminen viileinä tinkimättänykyaikaisten laitteiden vaatimasta joustavuudesta ja kompaktisuudesta.