Ketika perangkat elektronik terus menyusut ukurannya sementara kekuatan pemrosesannya meningkat, manajemen termal telah muncul sebagai salah satu tantangan paling kritis dalam desain semikonduktor. Mikroprosesor, sirkuit terpadu, dan komponen elektronik kompleks lainnya biasanya beroperasi secara efektif hanya dalam kisaran suhu ambang batas tertentu. Ketika komponen-komponen ini menghasilkan panas berlebihan selama pengoperasian, hal ini tidak hanya mengganggu kinerjanya tetapi juga mengurangi keandalan sistem secara keseluruhan — dan dalam kasus ekstrim, dapat menyebabkan kegagalan sistem sepenuhnya.

Bagi para desainer, mengontrol suhu pengoperasian adalah hal yang terpenting. Bahkan sedikit penurunan suhu pengoperasian perangkat semikonduktor silikon pada umumnya akan menghasilkan peningkatan signifikan dalam keandalan dan masa pakai produk. Seperti yang diungkapkan oleh seorang pengamat industri, "manajemen termal yang efektif sangat penting untuk mencapai tingkat yang tinggi-perangkat listrik, karena panas yang berlebihan dapat menurunkan kinerja dan keandalannya".

Solusi Grafit

Masukkan grafit — bahan yang dengan cepat menjadi landasan berikutnya-solusi manajemen termal generasi. Pasar bahan film termal saat ini didominasi oleh tiga kategori: film termal grafit alami, film termal grafit buatan, dannano-film termal karbon. Perusahaan terkemuka di setiap kategori masing-masing adalah GrafTech (Amerika Serikat), panasonic (Jepang), dan SKC (Korea Selatan).

GrafTech, yang dianggap sebagai pemimpin global dalam produk rekayasa grafit dan film dengan konduktivitas termal yang tinggi, memegang portofolio paten yang besar dalam pemrosesan film grafit dan melayani OEM besar dalam solusi pendinginan ponsel cerdas, elektronika daya, dan paket baterai kendaraan listrik. Perusahaan ini memelopori penggunaan lembaran partikel grafit terkompresi yang diperluas untuk mengatasi tantangan termal dan pasar untuk menggunakan bahan ini dalam manajemen termal produk elektronik.

Pencetakan 3D Memenuhi Substrat Grafit

Saat ini, dengan menggunakan teknologi pencetakan 3D, GrafTech telah menemukan papan sirkuit fleksibel yang dilengkapi substrat grafit fleksibel-. Dengan mencetak lapisan dielektrik, lapisan konduktif, dan komponen elektronik tambahan ke dalam matriks grafit fleksibel, perusahaan telah menciptakan solusi yang secara efektif menyebarkan panas dari komponen tanpa merusak bagian di sekitarnya. Papan sirkuit fleksibel mencakup lapisan dielektrik yang terbentuk pada permukaan substrat grafit fleksibel dan lapisan konduktif listrik yang terbentuk pada permukaan dielektrik.. Yang tinggi-konduktivitas termal bidang substrat grafit memberikan peningkatan kemampuan perpindahan panas, secara efektif memindahkan panas dari komponen elektronik untuk meningkatkan pendinginan.

Inovasi ini mempunyai implikasi besar terhadap miniaturisasi dan penipisan perangkat elektronik seperti smartphone, laptop, dan flat-televisi panel. Papan sirkuit fleksibel dapat mendukung cahaya-memancarkan dioda (LED) — aplikasi yang sangat penting karena produsen terus meningkatkan kecerahan layar, sehingga meningkatkan konsumsi daya LED dan, akibatnya, menghasilkan panas lebih besar yang merugikan pengoperasian LCD.

Paten dan Penerapannya di Masa Depan

Portofolio paten GrafTech di bidang ini mencakup WO2016015032A1 ("Papan sirkuit fleksibel dengan substrat grafit dan pengaturan sirkuit menggunakan hal yang sama") dan pengajuan terkait. Persetujuan paten ini secara signifikan memperkuat kemampuan GrafTech untuk membuat perangkat elektronik pada bahan fleksibel yang dapat dipelintir, diregangkan, atau ditekuk berulang kali..

Perangkat elektronik yang fleksibel dan dapat ditekuk siap menjadi pengganti potensial papan sirkuit cetak saat ini, dengan lebar-mulai dari aplikasi pada ponsel pintar yang dapat dilipat, berbagai perangkat wearable, dan sistem otomotif.

Perkembangan Paralel dalam Elektronika yang Dapat Diregangkan

Secara kebetulan, di awal tahun 2017, tim peneliti dari Missouri University of Science and Technology mencapai terobosan di bidang terkait.. Para peneliti berhasil mengintegrasikan substrat fleksibel dengan bahan konduktif kaku — menggabungkan sifat material yang berbeda secara fundamental — menggunakan teknik yang disebut "pencetakan aerosol langsung". Prosesnya melibatkan penyemprotan bahan konduktif ke substrat yang dapat diregangkan untuk mengembangkan sensor yang dapat dipasang pada kulit.

Permukaan elastis dapat dipelintir, diregangkan, dan ditekuk berulang kali, sehingga memungkinkan produksi produk elektronik yang dapat ditekuk dan diregangkan tanpa berdampak pada kinerja. Dr. Heng Pan, Asisten Profesor teknik mesin dan ruang angkasa di Missouri S&T dan rekan-penulis makalah penelitian, mencatat bahwa manufaktur aditif menawarkan solusi ekonomis untuk mengatasi ketidaksesuaian antara basis elastomer fleksibel dan konduktor elektronik yang rapuh. “Pencetakan langsung, sebagai metode manufaktur aditif, akan memenuhi persyaratan tersebut dan menawarkan biaya rendah dan kecepatan tinggi baik dalam pembuatan prototipe maupun manufaktur,” tulis para peneliti..

Jalan ke Depan

Sesuai permintaan, bentuknya lebih kecil-Jika faktor elektronik terus berkembang, manajemen termal akan semakin penting. Bahan grafit — dengan keistimewaan mereka-konduktivitas termal bidang dan kompatibilitas dengan teknik manufaktur canggih seperti pencetakan 3D — diposisikan untuk memimpin revolusi berikutnya dalam keandalan elektronik.

Konvergensi teknologi substrat grafit dengan manufaktur aditif mewakili perubahan paradigma dalam cara sirkuit elektronik dirancang dan diproduksi. Mulai dari ponsel yang dapat dilipat, perangkat medis hingga sistem otomotif, era perangkat elektronik yang fleksibel, dapat direnggangkan, dan dioptimalkan secara termal tidak lagi menjadi sebuah harapan. — hal ini sudah mulai terbentuk di jalur produksi dan di laboratorium penelitian di seluruh dunia.