Mivel az elektronikus eszközök mérete folyamatosan csökken, miközben a feldolgozási teljesítménynő, a hőkezelés a félvezető tervezés egyik legkritikusabb kihívásává vált. A mikroprocesszorok, integrált áramkörök és más összetett elektronikus alkatrészek általában csak egy meghatározott küszöbhőmérséklet-tartományon belül működnek hatékonyan. Ha ezek az alkatrészek túlzott hőt termelnek működés közben, aznemcsak saját teljesítményüket rontja, hanem a rendszer általános megbízhatóságát is. — szélsőséges esetekben pedig teljes rendszerhibához vezethet.

A tervezők számára az üzemi hőmérséklet szabályozása a legfontosabb. Egy tipikus szilícium-félvezető eszköz működési hőmérsékletének csekély csökkenése is jelentős javulást eredményez mind a megbízhatóságban, mind a termék élettartamában. Amint egy iparági megfigyelő megjegyezte, "a hatékony hőkezelés kritikus fontosságú a magas hőmérsékleten-erősáramú eszközök, mivel a túlzott hő ronthatja teljesítményüket és megbízhatóságukat.".

A grafit megoldás

Írja be a grafitot — olyan anyag, amely gyorsan a következő sarokkövévé válik-generációs hőkezelési megoldások. A hőfólia anyagok piacát jelenleg három kategória uralja: természetes grafit hőfóliák, mesterséges grafit hőfóliák ésnano-szén termikus filmek. Az egyes kategóriák vezető vállalatai a GrafTech (USA), Panasonic (Japán)és az SKC (Dél-Korea).

A GrafTech, amelyet a mérnöki grafittermékek és anagy hővezető képességű fóliák piacán vezető vállalatként tartanak számon, jelentős szabadalmi portfólióval rendelkezik a grafitfólia-feldolgozás területén, és a főbb OEM-eket szolgálja ki az okostelefonok hűtési megoldásaiban, a teljesítményelektronikában és az elektromos járművek akkumulátoraiban.. A vállalat úttörő szerepet játszott a tömörített expandált grafit részecskelemezek használatában, hogy megbirkózzon a termikus kihívásokkal és az anyagnak az elektronikus termékek hőkezelésében való felhasználásának piacával..

A 3Dnyomtatás találkozik a grafit szubsztrátumokkal

Ma a 3Dnyomtatási technológia felhasználásával a GrafTech feltalált egy rugalmas áramköri lapot, amely rugalmas grafit hordozót tartalmaz.-. Dielektromos rétegek, vezető rétegek és további elektronikai alkatrészeknyomtatásával a rugalmas grafitmátrixra a vállalat olyan megoldást hozott létre, amely hatékonyan elosztja a hőt az alkatrészekről anélkül, hogy károsítaná a szomszédos részeket. A rugalmas áramköri lap tartalmaz egy dielektromos réteget, amely a rugalmas grafithordozó felületén van kialakítva, és egy elektromosan vezető réteget a dielektrikum felületén.. A magas-A grafit hordozó sík hővezető képessége fokozott hőátadási képességet biztosít, hatékonyan távolítja el a hőt az elektronikus alkatrészektől a jobb hűtés érdekében.

Ennek az innovációnak mélyreható hatásai vannak az elektronikus eszközök, például okostelefonok, laptopok és lakások miniatürizálására és vékonyítására.-paneltelevíziók. A flexibilis áramköri lap képes támogatni a fényt-kibocsátó diódák (LED-ek) — különösen kritikus alkalmazás, mivel a gyártók folyamatosannövelik a kijelző fényerejét, ami magasabb LED-energiafogyasztást és ennek következtébennagyobb hőtermelést eredményez, ami káros az LCD működésére.

Szabadalmak és jövőbeni alkalmazások

A GrafTech szabadalmi portfóliója ezen a területen magában foglalja a WO2016015032A1-et ("Rugalmas áramköri lap grafit hordozóval és ugyanazt használó áramköri elrendezésekkel") és a kapcsolódó bejelentések. E szabadalmak jóváhagyása jelentősen megerősíti a GrafTech azon képességét, hogy olyan rugalmas anyagokból készítsen elektronikus eszközöket, amelyek többszörösen csavarhatók,nyújthatók vagy hajlíthatók..

A rugalmas és hajlítható elektronika potenciálisan helyettesítheti a jelenleginyomtatott áramköri lapokat,-széles körű alkalmazások összecsukható okostelefonokban, különféle hordható eszközökben és autóipari rendszerekben.

Párhuzamos fejlesztés anyújtható elektronikában

Véletlenül 2017 elején a Missouri Tudományos és Technológiai Egyetem kutatócsoportja áttörést ért el egy kapcsolódó területen.. A kutatók sikeresen integrálták a rugalmas szubsztrátumokat merev vezető anyagokkal — alapvetően eltérő anyagtulajdonságok kombinálása — "közvetlen aeroszolosnyomtatásnak"nevezett technikával. Az eljárás során vezető anyagot permeteznek egynyújtható hordozóra, hogy bőrre helyezhető érzékelőket hozzunk létre.

A rugalmas felületek többször csavarhatók,nyújthatók és hajlíthatók, ami lehetővé teszi hajlítható ésnyújtható elektronikai termékek előállítását a teljesítmény gyakorlatilag befolyásolásanélkül. Dr. Heng Pan, a Missouri S. gépészeti és repülőgépmérnöki adjunktusa&T és társa-a kutatási cikk szerzője megjegyezte, hogy az additív gyártás gazdaságos megoldást kínál a rugalmas elasztomer alapok és a rideg elektronikus vezetők közötti eltérés leküzdésére.. "A közvetlennyomtatás, mint additív gyártási módszer kielégíti ezeket a követelményeket, és alacsony költséget ésnagy sebességet kínál mind a prototípus-, mind a gyártás során" - írták a kutatók..

Az út előttünk

Mivel a kereslet, kisebb formában-faktorelektronika továbbnövekszik, a hőkezelés jelentősége csaknőni fog. Grafit anyagok — kivételes bejáratukkal-sík hővezető képessége és kompatibilitása olyan fejlett gyártási technikákkal, mint a 3Dnyomtatás — az elektronikus megbízhatóság következő forradalmának élére állnak.

A grafit szubsztrátum technológia és az additív gyártás konvergenciája paradigmaváltást jelent az elektronikus áramkörök tervezésében és gyártásában. Az összecsukható telefonoktól az orvosi hordható eszközökön át az autóipari rendszerekig a rugalmas,nyújtható és termikusan optimalizált elektronika korszaka márnem távoli ígéret. — már formálódik a gyártósorokon és a kutatólaboratóriumokban szerte a világon.