Kun elektronisten laitteiden koko pienenee ja prosessointiteho kasvaa, lämmönhallinta onnoussut yhdeksi puolijohdesuunnittelun kriittisimmistä haasteista. Mikroprosessorit, integroidut piirit ja muut monimutkaiset elektroniset komponentit toimivat tyypillisesti tehokkaasti vain tietyllä kynnyslämpötila-alueella. Kunnämä komponentit tuottavat liikaa lämpöä käytön aikana, se ei vain heikennäniiden omaa suorituskykyä, vaan myös heikentää järjestelmän yleistä luotettavuutta. — ja ääritapauksissa voi johtaa täydelliseen järjestelmävikaan.

Suunnittelijoille käyttölämpötilan hallinta on ensiarvoisen tärkeää. Jopa vaatimaton tyypillisen piipuolijohdelaitteen käyttölämpötilan lasku parantaa merkittävästi sekä luotettavuutta että tuotteen käyttöikää. Kuten eräs alan tarkkailija totesi, "tehokas lämmönhallinta on kriittistä korkealle-teholaitteet, koska liiallinen lämpö voi heikentääniiden suorituskykyä ja luotettavuutta".

Grafiittiratkaisu

Syötä grafiitti — materiaali, josta onnopeasti tulossa seuraavan kulmakivi-sukupolven lämmönhallintaratkaisut. Lämpökalvomateriaalien markkinoita hallitsee tällä hetkellä kolme luokkaa: luonnolliset grafiittilämpökalvot, keinotekoiset grafiittilämpökalvot janano-hiililämpökalvot. Jokaisen kategorian johtavat yritykset ovat vastaavasti GrafTech (USA), Panasonic (Japani)ja SKC (Etelä-Korea).

GrafTech, jota pidetään maailman johtavana grafiittituotteiden ja korkean lämmönjohtavuuden omaavien kalvojen valmistajana, omistaa merkittävän patenttisalkun grafiittikalvojen käsittelyssä ja palvelee suuria OEM-valmistajia älypuhelimien jäähdytysratkaisuissa, tehoelektroniikassa ja sähköajoneuvojen akkupakkauksissa.. Yritys oli edelläkävijä puristettujen laajennettujen grafiittihiukkaslevyjen käytössä lämpöhaasteisiin vastaamiseksi ja tämän materiaalin käytön markkinoille elektronisten tuotteiden lämmönhallinnassa..

3D-tulostus kohtaa grafiittisubstraatteja

Nykyään GrafTech on kehittänyt 3D-tulostusteknologiaa käyttäen joustavan piirilevyn, jossa on joustava grafiittisubstraatti-. Tulostamalla dielektrisiä kerroksia, johtavia kerroksia ja muita elektronisia komponentteja joustavaan grafiittimatriisiin yritys on luonut ratkaisun, joka levittää tehokkaasti lämpöä pois komponenteista vahingoittamatta viereisiä osia. Joustava piirilevy sisältää joustavan grafiittisubstraatin pinnalle muodostetun dielektrisen kerroksen ja eristeen pinnalle muodostetun sähköä johtavan kerroksen.. Korkea sisään-grafiittisubstraatin tasainen lämmönjohtavuus parantaa lämmönsiirtokykyä ja siirtää lämpöä tehokkaasti pois elektronisista komponenteista jäähdytyksen parantamiseksi.

Tällä innovaatiolla on syvällisiä vaikutuksia elektronisten laitteiden, kuten älypuhelimien, kannettavien tietokoneiden ja taulutietokoneiden, pienentämiseen ja ohentamiseen.-paneelitelevisiot. Joustava piirilevy tukee valoa-lähettävät diodit (LEDit) — Tämä on erityisen kriittinen sovellus, koska valmistajat lisäävät jatkuvastinäytön kirkkautta, mikä lisää LED-virrankulutusta janäin ollen lisää lämmöntuotantoa, mikä on haitallista LCD-näytön toiminnalle.

Patentit ja tulevat sovellukset

GrafTechin patenttisalkku tässä tilassa sisältää WO2016015032A1 ("Joustava piirilevy grafiittisubstraatilla ja piirijärjestelyt samaa") janiihin liittyvät hakemukset. Näiden patenttien hyväksyminen vahvistaa merkittävästi GrafTechin kykyä valmistaa elektronisia laitteita joustavista materiaaleista, joita voidaan toistuvasti kiertää, venyttää tai taivuttaa.

Joustava ja taivutettava elektroniikka on valmis korvaamaannykyiset painetut piirilevyt, joissa on-monipuoliset sovellukset taitettavissa älypuhelimissa, erilaisissa puettavissa laitteissa ja autojärjestelmissä.

Rinnakkaiskehitys venyttävässä elektroniikassa

Sattumalta vuoden 2017 alussa Missourin tiede- ja teknologiayliopiston tutkimusryhmä saavutti läpimurron liittyvällä alalla. Tutkijat integroivat onnistuneesti joustavia substraatteja jäykkien johtavien materiaalien kanssa — yhdistämällä olennaisesti erilaisia materiaaliominaisuuksia — käyttämällä tekniikkaanimeltä "suora aerosolitulostus". Prosessi sisältää johtavan materiaalin suihkuttamisen venyvälle alustalle kehittääkseen antureita, jotka voidaan asettaa iholle.

Elastisia pintoja voidaan kiertää, venyttää ja taivuttaa toistuvasti, mikä mahdollistaa taivutettavien ja venyvien elektronisten tuotteiden valmistamisen käytännössä ilman vaikutusta suorituskykyyn. Dr. Heng Pan, apulaisprofessori kone- ja ilmailutekniikasta Missouri S&T ja co-tutkimuspaperin kirjoittaja totesi, että lisäainevalmistus tarjoaa taloudellisen ratkaisun joustavien elastomeeripohjan ja hauraiden elektronisten johtimien välisen epäsuhtaisuuden poistamiseen. "Suorapainatus lisättynä valmistusmenetelmänä täyttäisi tällaiset vaatimukset ja tarjoaisi alhaiset kustannukset ja suurennopeuden sekä prototyyppien valmistuksessa että valmistuksessa", tutkijat kirjoittivat..

Tie edessä

Kuten kysyntä, pienempi muoto-tekijäelektroniikka jatkaa kasvuaan, lämmönhallinnan merkitys vain kasvaa. Grafiittimateriaalit —niiden poikkeuksellisella tavalla-tason lämmönjohtavuus ja yhteensopivuus kehittyneiden valmistustekniikoiden, kuten 3D-tulostuksen, kanssa — ovat asemassa johtamassa sähköisen luotettavuuden seuraavaa vallankumousta.

Grafiittisubstraattiteknologian lähentyminen lisäainevalmistukseen edustaa paradigman muutosta elektronisten piirien suunnittelussa ja valmistuksessa. Joustavan, venyvän ja lämpöoptimoidun elektroniikan aikakausi ei ole enää kaukainen lupaus taitettavista puhelimista lääketieteellisiin puetettaviin laitteisiin ja autojärjestelmiin. — se on jo muotoutumassa tuotantolinjoilla ja tutkimuslaboratorioissa ympäri maailmaa.