Poiché i dispositivi elettronici continuano a ridursi in dimensioni e a crescere in potenza di elaborazione, la gestione termica è emersa come una delle sfide più critichenella progettazione elettronica moderna. Ora, una svolta di GrafTech International Holdings Inc. sta affrontando questa sfida-su—utilizzando la tecnologia di stampa 3D per creare circuiti stampati flessibili con substrati di grafite che miglioranonotevolmente la dissipazione del calore-LED di alimentazione e altro calore-componenti generatori.

La sfida della gestione termica

Nei dispositivi elettronici odierni, il calore ènemico delle prestazioni e dell'affidabilità. Microprocessori, circuiti integrati e altri componenti elettronici complessi in genere funzionano in modo efficace solo entro specifiche soglie di temperatura. Quando questi componenti generano calore eccessivo durante il funzionamento, ciònon solo compromette le loro prestazioni ma riduce anche l'affidabilità complessiva del sistema—e può persino portare al guasto completo del sistema.

La posta in gioco è particolarmente alta per gli alti-LED di potenza. Poiché i produttori spingono continuamente verso display più luminosi e soluzioni di illuminazione più luminose, i LED consumano quantità crescenti di energia. Infatti, circa il 70-85% della potenza assorbita dai LED viene convertita in calore anziché in luce. Questo calore è dannoso per il funzionamento dei LED e, senon gestito correttamente, può ridurre significativamente la durata del dispositivo e comprometterne le prestazioni.

L'affidabilità dei dispositivi a semiconduttore miglioranotevolmente con temperature operative più basse-. Gli studi hanno dimostrato che anche un 10°L'aumento della temperatura può dimezzare la durata operativa di un dispositivo. Per i progettisti, il controllo della temperatura operativa è essenziale per massimizzare la durata e l'affidabilità dei componenti.

Unanuova soluzione: il 3D-Circuiti stampati in grafite flessibile

GrafTech, leader globalenei prodotti in grafite e carbonio-, ha sviluppato un approccio innovativo alla gestione termica. Utilizzando la tecnologia di stampa 3D, l’azienda ha inventato un circuito flessibile con un substrato di grafite flessibile. Attraverso la stampa 3D, strati dielettrici e strati elettricamente conduttivi—insieme a componenti elettronici aggiuntivi—sono stampati direttamente sulla matrice di grafite flessibile.

La struttura è elegantemente semplice ma allo stesso tempo altamente efficace: sulla superficie del substrato flessibile di grafite viene formato uno strato dielettrico e sulla superficie del dielettrico viene quindi formato uno strato elettricamente conduttivo. Lo strato elettricamente conduttivo—che può includere argento, rame o alluminio o essere applicato spesso-pasta conduttrice di film—costituisce il circuito elettrico. Lo strato conduttivo può essere applicato utilizzando varie tecniche di stampa, tra cui la serigrafia o la stampa 3D.

Prestazioni termiche superiori

La chiave di questa tecnologia risiedenel substrato di grafite stesso. La grafite flessibile offre un contenuto eccezionalmente elevato-conduttività termica piana—tipicamente compreso tra 300 e 1.500 W/m·K-. Ciò consente al calore di diffondersi rapidamente ed efficientemente sulla superficie del substrato, allontanando il calore dai punti caldi e distribuendolo su un'area più ampia per una dissipazione più efficace.

Il risultato è un circuito in grado di raffreddare efficacemente il calore-generare componenti senza danneggiare le parti adiacenti. Ciò è particolarmente prezioso per l'alta-LED di potenza, dove il calore concentrato sulla giunzione del LED può degradare rapidamente le prestazioni e abbreviare la durata della vita. Montando i LED direttamente sul substrato flessibile di grafite, il calore viene rapidamente allontanato dalla luce-componenti che emettono, migliorando sia il raffreddamento che l'affidabilità complessiva del dispositivo.

Flessibilità senza compromessi

La cosa forse più impressionante è che il circuito stampato in grafite flessibile mantiene eccellenti caratteristiche di flessibilità offrendo allo stesso tempo prestazioni termiche superiori. Il circuito stampato può essere piegato, flesso o altrimenti distorto da una configurazione planare senza influirenegativamente sulle sue prestazioni come circuito stampato.

In termini pratici, ciò significa raggi di curvatura eccezionali: un circuito stampato spesso 0,5 mm può raggiungere un raggio di curvatura di circa 6,0 mm, mentre un circuito spesso 0,25 mm può piegarsi fino a un raggio di circa 3,0 mm.. Questa flessibilità apre possibilità completamentenuove per la progettazione elettronica.

Ampie applicazioni e potenziale futuro

Le implicazioni di questa tecnologia vanno ben oltre l’illuminazione a LED. Brevetto di GrafTech per questa tecnologia—concesso come brevetto statunitensen. 9.546.763 il 17 gennaio 2017—posiziona l'azienda in prima lineanella produzione di componenti elettronici flessibili. L'elettronica flessibile e pieghevole ha il potenziale per diventare una valida alternativa ai tradizionali circuiti stampati rigidi, con applicazioni che spaziano da smartphone pieghevoli, dispositivi indossabili, sistemi automobilistici e altro ancora.

La tecnologia è già applicata ai dispositivi di visualizzazione, dove si accende la luce LED-i componenti che emettono sono montati su circuiti stampati flessibili con substrati di grafite per gestire il calore generato da display sempre più luminosi.

Guardando avanti

Poiché i dispositivi elettronici continuano ad evolversi verso fattori di forma più piccoli e prestazioni più elevate, una gestione termica efficacenon farà altro che acquisire importanza. 3D di GrafTech-i circuiti stampati in grafite flessibile rappresentano un significativo passo avanti—combinando i vantaggi termici della grafite con la libertà di progettazione dei substrati flessibili e l’efficienza produttiva della stampa 3D.

Per designer di alto livello-sistemi LED di alimentazione, display e altro ancora-elettronica flessibile dinuova generazione, questa tecnologia offre una soluzione convincente a una delle sfide più persistenti del settore: mantenere freddi i componenti potenti senza sacrificare la flessibilità e la compattezza richieste dai dispositivi moderni.