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 dans la conception de semi-conducteurs. Les microprocesseurs, circuits intégrés et autres composants électroniques complexesne fonctionnent généralement efficacement que dans une plage de température seuil spécifique.. 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 dans des cas extrêmes, peut conduire à une panne complète du système.

Pour les concepteurs, le contrôle de la température de fonctionnement est primordial. Même une légère réduction de la température de fonctionnement d'un dispositif semi-conducteur au silicium typique entraîne des améliorations significatives en termes de fiabilité et de durée de vie du produit.. Comme l'a souligné un observateur de l'industrie, « une gestion thermique efficace est essentielle pour les-appareils électriques, car une chaleur excessive peut dégrader leurs performances et leur fiabilité".

La solution graphite

Entrez le graphite — un matériau qui devient rapidement la pierre angulaire du prochain-solutions de gestion thermique de génération. Le marché des matériaux pour films thermiques est actuellement dominé par trois catégories : les films thermiques en graphitenaturel, les films thermiques en graphite artificiel et lesnano-films thermiques en carbone. Les entreprises leaders dans chaque catégorie sont respectivement GrafTech (États-Unis), Panasonic (Japon), et SKC (Corée du Sud).

GrafTech, considéré comme un leader mondial dans le domaine des produits en graphite et des films à haute conductivité thermique, détient un important portefeuille de brevets dans le traitement des films en graphite et sert les principaux équipementiers dans les solutions de refroidissement pour smartphones, l'électronique de puissance et les batteries de véhicules électriques.. La société a été pionnière dans l'utilisation de feuilles de particules de graphite expansé compressées pour relever les défis thermiques et le marché de l'utilisation de ce matériau dans la gestion thermique des produits électroniques..

L'impression 3D rencontre les substrats en graphite

Aujourd'hui, grâce à la technologie d'impression 3D, GrafTech a inventé un circuit imprimé flexible doté d'un substrat en graphite flexible.-. En imprimant des couches diélectriques, des couches conductrices et des composants électroniques supplémentaires sur la matrice flexible en graphite, la société a créé une solution qui éloigne efficacement la chaleur des composants sans endommager les pièces adjacentes. La carte de circuit imprimé flexible comprend une couche diélectrique formée sur la surface du substrat en graphite flexible et une couche électriquement conductrice formée sur la surface du diélectrique.. Le haut en-la conductivité thermique plane du substrat en graphite offre une capacité de transfert de chaleur améliorée, éloignant efficacement la chaleur des composants électroniques pour un refroidissement amélioré.

Cette innovation a de profondes implications pour la miniaturisation et l'amincissement des appareils électroniques tels que les smartphones, les ordinateurs portables et les écrans plats.-téléviseurs à panneau. Le circuit imprimé flexible peut supporter la lumière-diodes électroluminescentes (LED) — une application particulièrement critique dans la mesure où les fabricants augmentent continuellement la luminosité de l'écran, ce qui entraîne une consommation d'énergie des LED plus élevée et, par conséquent, une plus grande génération de chaleur préjudiciable au fonctionnement de l'écran LCD.

Brevets et applications futures

Le portefeuille de brevets de GrafTech dans cet espace comprend WO2016015032A1 ("Carte de circuit imprimé flexible avec substrat en graphite et agencements de circuits l'utilisant") et documents connexes. L'approbation de ces brevets renforce considérablement la capacité de GrafTech à fabriquer des appareils électroniques sur des matériaux flexibles qui peuvent être tordus, étirés ou pliés à plusieurs reprises..

L'électronique flexible et pliable est sur le point de devenir un remplacement potentiel des cartes de circuits imprimés actuelles, avec de larges-gamme d'applications dans les smartphones pliables, divers appareils portables et systèmes automobiles.

Un développement parallèle dans l’électronique extensible

Par coïncidence, début 2017, une équipe de recherche de l’Université des sciences et technologies du Missouri a réalisé une percée dans un domaine connexe.. Les chercheurs ont réussi à intégrer des substrats flexibles avec des matériaux conducteurs rigides — combinant des propriétés matérielles fondamentalement différentes — utilisant une technique appelée "impression directe en aérosol". Le processus consiste à pulvériser un matériau conducteur sur un substrat étirable pour développer des capteurs pouvant être placés sur la peau..

Les surfaces élastiques peuvent être tordues, étirées et pliées à plusieurs reprises, permettant la production de produits électroniques pliables et étirables sans pratiquement aucun impact sur les performances. Dr Heng Pan, professeur adjoint de génie mécanique et aérospatial au Missouri S&T et compagnie-l'auteur du document de recherche, anoté que la fabrication additive offre une solution économique pour surmonter l'inadéquation entre les bases en élastomère flexibles et les conducteurs électroniques fragiles. "L'impression directe, en tant que méthode de fabrication additive, satisferait à ces exigences et offrirait un faible coût et une vitesse élevée tant dans le prototypage que dans la fabrication", ont écrit les chercheurs..

Le chemin à parcourir

Comme la demande pour une forme plus petite-Le facteur électronique continue de croître, la gestion thermiquene fera que gagner en importance. Matériaux graphites — avec leur exceptionnelle dans-conductivité thermique plane et compatibilité avec les techniques de fabrication avancées comme l'impression 3D — sont positionnés pour mener la prochaine révolution en matière de fiabilité électronique.

La convergence de la technologie des substrats en graphite avec la fabrication additive représente un changement de paradigme dans la manière dont les circuits électroniques sont conçus et produits. Des téléphones pliables aux dispositifs médicaux portables en passant par les systèmes automobiles, l'ère de l'électronique flexible, extensible et thermiquement optimiséen'est plus une promesse lointaine. — elle prend déjà forme sur les chaînes de production et dans les laboratoires de recherche du monde entier.