Alors que la taille des appareils électroniques continue de diminuer tout en augmentant leur puissance de traitement, la gestion thermique est devenue l'un des défis les plus critiques de la conception électronique moderne. Aujourd'hui, une avancée majeure de GrafTech International Holdings Inc. relève ce défi.-sur—utilisant la technologie d'impression 3D pour créer des circuits imprimés flexibles avec des substrats en graphite qui améliorent considérablement la dissipation thermique pour des performances élevées.-LED d'alimentation et autres sources de chaleur-génération de composants.

Le défi de la gestion thermique

Dans les appareils électroniques d’aujourd’hui, la chaleur est l’ennemie des performances et de la fiabilité. Les microprocesseurs, circuits intégrés et autres composants électroniques complexesne fonctionnent généralement efficacement que dans des seuils de température spécifiques. Lorsque ces composants génèrent une chaleur excessive pendant le fonctionnement, cela altèrenon seulement leurs propres performances, mais réduit également la fiabilité globale du système.—et peut même conduire à une panne complète du système.

Les enjeux sont particulièrement élevés pour les hautes-LED d'alimentation. Alors que les fabricants recherchent continuellement des écrans plus lumineux et des solutions d'éclairage plus lumineuses, les LED consomment de plus en plus d'énergie. En fait, environ 70 à 85 % de la puissance d’entrée consommée par les LED est convertie en chaleur plutôt qu’en lumière.. Cette chaleur est préjudiciable au fonctionnement des LED et, si ellen'est pas correctement gérée, peut réduire considérablement la durée de vie de l'appareil et compromettre les performances..

La fiabilité des dispositifs semi-conducteurs s'améliore considérablement avec des températures de fonctionnement plus basses-. Des études ont montré que même un 10°L'augmentation de la température peut réduire de moitié la durée de vie opérationnelle d'un appareil. Pour les concepteurs, contrôler la température de fonctionnement est essentiel pour maximiser la durée de vie et la fiabilité des composants..

Unenouvelle solution : la 3D-Cartes de circuits imprimés en graphite flexible

GrafTech, un leader mondial des produits en graphite et en carbone-, a développé une approche innovante de la gestion thermique. Grâce à la technologie d'impression 3D, l'entreprise a inventé un circuit imprimé flexible avec un substrat en graphite flexible. Grâce à l'impression 3D, des couches diélectriques et des couches électriquement conductrices—avec des composants électroniques supplémentaires—sont imprimés directement sur la matrice flexible en graphite.

La structure est élégamment simple mais très efficace : une couche diélectrique est formée sur la surface du substrat de graphite flexible, et une couche électriquement conductrice est ensuite formée sur la surface du diélectrique.. La couche électriquement conductrice—qui peut inclure de l'argent, du cuivre ou de l'aluminium, ou être appliqué en couche épaisse-pâte conductrice de film—forme le circuit électrique. La couche conductrice peut être appliquée à l'aide de diverses techniques d'impression,notamment la sérigraphie ou l'impression 3D..

Performance thermique supérieure

La clé de cette technologie réside dans le substrat en graphite lui-même. Le graphite flexible offre une teneur exceptionnellement élevée-conductivité thermique plane—allant généralement de 300 à 1 500 W/m·K-. Cela permet à la chaleur de se propager rapidement et efficacement sur la surface du substrat, en éloignant la chaleur des points chauds et en la distribuant sur une plus grande surface pour une dissipation plus efficace..

Le résultat est un circuit imprimé capable de refroidir efficacement la chaleur.-générer des composants sans endommager les pièces adjacentes. Ceci est particulièrement utile pour les hautes-LED de puissance, où la chaleur concentrée auniveau de la jonction des LED peut rapidement dégrader les performances et raccourcir la durée de vie. En montant les LED directement sur le substrat flexible en graphite, la chaleur est rapidement évacuée de la lumière.-composants émetteurs, améliorant à la fois le refroidissement et la fiabilité globale de l'appareil.

Flexibilité sans compromis

Le plus impressionnant peut-être est que le circuit imprimé en graphite flexible conserve d'excellentes caractéristiques de flexibilité tout en offrant des performances thermiques supérieures. La carte de circuit imprimé peut être pliée, fléchie ou autrement déformée à partir d'une configuration plane sans affecternégativement ses performances en tant que carte de circuit imprimé..

Concrètement, cela signifie des rayons de courbure exceptionnels : un circuit imprimé de 0,5 mm d'épaisseur peut atteindre un rayon de courbure d'environ 6,0 mm, tandis qu'une carte de 0,25 mm d'épaisseur peut se plier jusqu'à un rayon d'environ 3,0 mm.. Cette flexibilité ouvre des possibilités entièrementnouvelles pour la conception électronique.

Applications étendues et potentiel futur

Les implications de cette technologie s’étendent bien au-delà de l’éclairage LED. Brevet de GrafTech pour cette technologie—délivré sous lenuméro de brevet américain 9 546 763 le 17 janvier 2017—positionne l'entreprise à l'avant-garde de la fabrication électronique flexible. L'électronique flexible et pliable a le potentiel de devenir une alternative viable aux cartes de circuits imprimés rigides traditionnelles, avec des applications couvrant les smartphones pliables, les appareils portables, les systèmes automobiles, etc..

La technologie est déjà appliquée aux dispositifs d'affichage, où la lumière LED-les composants émetteurs sont montés sur des circuits imprimés flexibles avec des substrats en graphite pour gérer la chaleur générée par des écrans de plus en plus lumineux.

Regarder vers l'avenir

À mesure que les appareils électroniques continuent d’évoluer vers des formats plus petits et des performances plus élevées, une gestion thermique efficacene fera que gagner en importance. La 3D de GrafTech-les cartes de circuits imprimés en graphite flexible représentent un pas en avant significatif—combinant les avantages thermiques du graphite avec la liberté de conception des substrats flexibles et l'efficacité de fabrication de l'impression 3D.

Pour les designers de hautniveau-systèmes LED d'alimentation, écrans, etc.-de l'électronique flexible, cette technologie offre une solution convaincante à l'un des défis les plus persistants de l'industrie : garder les composants puissants au frais sans sacrifier la flexibilité et la compacité qu'exigent les appareils modernes.