Mivel az elektronikai eszközök mérete folyamatosan csökken, miközben feldolgozási teljesítményenő, a hőkezelés a modern elektronikai tervezés egyik legkritikusabb kihívásává vált. Most a GrafTech International Holdings Inc. áttörése foglalkozik ezzel a kihívással-be—3Dnyomtatási technológia segítségével rugalmas áramköri lapokat hoz létre grafit szubsztráttal, amelyek drámaian javítják a hőelvezetést-teljesítmény LED-ek és egyéb hő-alkatrészeket generál.

A hőkezelési kihívás

A mai elektronikai eszközökben a hő a teljesítmény és a megbízhatóság ellensége. A mikroprocesszorok, integrált áramkörök és más összetett elektronikus alkatrészek általában csak meghatározott hőmérsékleti küszöbértékeken belül működnek hatékonyan. Ha ezek az alkatrészek túlzott hőt termelnek működés közben, aznemcsak saját teljesítményüket rontja, hanem a rendszer általános megbízhatóságát is.—és akár teljes rendszerhibához is vezethet.

A tét különösennagy a magasra-teljesítmény LED-ek. Ahogy a gyártók folyamatosan szorgalmazzák a világosabb kijelzőket és a világosabb világítási megoldásokat, a LED-ek egyre több energiát fogyasztanak. Valójában a LED-ek által fogyasztott bemeneti teljesítmény körülbelül 70-85 százaléka hővé,nem pedig fénnyel alakul.. Ez a hő káros a LED működésére, és hanem megfelelően kezelik, jelentősen lerövidítheti az eszköz élettartamát és veszélyeztetheti a teljesítményt.

A félvezető eszközök megbízhatósága drámaian javul alacsonyabb üzemi hőmérséklet mellett-. Tanulmányok kimutatták, hogy még egy 10°C-os hőmérséklet-emelkedés felére csökkentheti a készülék élettartamát. A tervezők számára az üzemi hőmérséklet szabályozása elengedhetetlen az alkatrészek élettartamának és megbízhatóságának maximalizálásához.

Újszerű megoldás: 3D-Nyomtatott rugalmas grafit áramköri lapok

A GrafTech, a grafit- és széntermékek globális vezető vállalata-, innovatív megközelítést dolgozott ki a hőkezelés terén. A 3Dnyomtatási technológia felhasználásával a vállalat feltalált egy rugalmas áramköri lapot rugalmas grafithordozóval. 3Dnyomtatáson, dielektromos rétegeken és elektromosan vezető rétegeken keresztül—további elektronikus alkatrészekkel együtt—közvetlenül a rugalmas grafitmátrixra vannaknyomtatva.

A szerkezet elegánsan egyszerű, de rendkívül hatékony: a rugalmas grafit hordozó felületén dielektromos réteg, majd a dielektrikum felületén elektromosan vezető réteg keletkezik.. Az elektromosan vezető réteg—amely tartalmazhat ezüstöt, rezet vagy alumíniumot, vagy vastagként alkalmazható-filmkarmester paszta—alkotja az elektromos áramkört. A vezető réteget különfélenyomtatási technikákkal lehet felvinni, beleértve a szitanyomást vagy a 3Dnyomtatást.

Kiváló termikus teljesítmény

Ennek a technológiának a kulcsa magában a grafit hordozóban rejlik. A rugalmas grafit kivételesen magas teljesítménytnyújt-sík hővezető képessége—jellemzően 300 és 1500 W között van/m·K-. Ez lehetővé teszi a hő gyors és hatékony szétoszlását az aljzat felületén, távolítja a hőt a forró pontoktól, ésnagyobb területen oszlatja el a hatékonyabb elvezetés érdekében..

Az eredmény egy áramköri kártya, amely hatékonyan hűti a hőt-alkatrészeket generál a szomszédos alkatrészek károsodásanélkül. Ez különösen értékes a magas-teljesítmény LED-ek, ahol a koncentrált hő a LED csomópontjában gyorsan ronthatja a teljesítményt és lerövidítheti az élettartamot. A LED-eket közvetlenül a rugalmas grafit hordozóra szerelve a hő gyorsan elvezeti a fénytől-kibocsátó alkatrészeket, javítva a hűtést és a készülék általános megbízhatóságát.

Rugalmasság kompromisszumoknélkül

Talán a leglenyűgözőbb az, hogy a rugalmas grafit áramköri lap kiváló rugalmassági jellemzőket tart fenn, miközben kiváló hőteljesítményt biztosít. Az áramköri lap meghajlítható, meghajlítható vagy más módon torzítható sík konfigurációból anélkül, hogynegatívan befolyásolná áramköri kártya teljesítményét.

Gyakorlatilag ez kivételes hajlítási sugarakat jelent: egy 0,5 mm vastag áramköri lap körülbelül 6,0 mm-es hajlítási sugarat, míg a 0,25 mm vastag lap körülbelül 3,0 mm-es hajlítási sugarat képes elérni.. Ez a rugalmasság teljesen új lehetőségeketnyit meg az elektronikai tervezésben.

Széles körű alkalmazások és jövőbeli lehetőségek

Ennek a technológiának a hatásai messze túlmutatnak a LED-es világításon. A GrafTech szabadalma erre a technológiára—9 546 763 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalomként megadva 2017. január 17-én—a vállalatot a rugalmas elektronikai gyártás élvonalába helyezi. Flexible, bendable electronics have the potential to become a viable alternative to traditional rigid printed circuit boards, with applications spanning foldable smartphones, wearable devices, automotive systems, and more.

A technológiát már alkalmazzák a kijelző eszközökön, ahol LED világít-kibocsátó alkatrészeket grafit hordozóval ellátott rugalmas áramköri lapokra szerelnek fel, hogy kezeljék az egyre fényesebb kijelzők által termelt hőt.

Előre tekintve

As electronic devices continue to evolve toward smaller form factors and higher performance, effective thermal management will only grow in importance. GrafTech 3D-Anyomtatott rugalmas grafit áramköri lapok jelentős előrelépést jelentenek—ötvözi a grafit termikus előnyeit a rugalmas hordozók tervezési szabadságával és a 3Dnyomtatás gyártási hatékonyságával.

Magas tervezőknek-teljesítmény LED-rendszerek, kijelzők és tovább-generation flexible electronics, this technology offers a compelling solution to one of the industry's most persistent challenges: keeping powerful components cool without sacrificing the flexibility and compactness that modern devices demand.