電子デバイスのサイズは縮小し続ける一方、処理能力は向上するため、熱管理は現代のエレクトロニクス設計における最も重要な課題の 1 つとして浮上しています。現在、GrafTech International Holdings Inc. の画期的な進歩により、この課題に対処しています。-に—3D プリンティング技術を使用してグラファイト基板を備えたフレキシブル回路基板を作成し、放熱を大幅に改善し、-電源LEDとその他の熱-コンポーネントの生成。

熱管理の課題

今日の電子機器において、熱は性能と信頼性の敵です。マイクロプロセッサ、集積回路、およびその他の複雑な電子コンポーネントは、通常、特定の温度しきい値内でのみ効果的に動作します。これらのコンポーネントが動作中に過剰な熱を発生すると、コンポーネント自体のパフォーマンスが損なわれるだけでなく、システム全体の信頼性も低下します。—さらには完全なシステム障害につながる可能性もあります。

高額の場合は特に賭け金が高くなります-電源LED。メーカーがより明るいディスプレイとより明るい照明ソリューションを継続的に追求するにつれ、LED の消費電力は増加しています。実際、LED によって消費される入力電力の約 70 ～ 85% は光ではなく熱に変換されます。。この熱は LED の動作に悪影響を及ぼし、適切に管理しないとデバイスの寿命を大幅に短縮し、パフォーマンスを損なう可能性があります。。

動作温度の低下により半導体デバイスの信頼性が大幅に向上-。研究によると、10でも°温度が ℃ 上昇すると、デバイスの動作寿命が半減する可能性があります。設計者にとって、コンポーネントの寿命と信頼性を最大化するには動作温度の制御が不可欠です。

斬新なソリューション: 3D-プリントフレキシブルグラファイト回路基板

GrafTech、グラファイトおよびカーボン製品の世界的リーダー-は、熱管理に対する革新的なアプローチを開発しました。同社は 3D プリンティング技術を使用して、フレキシブルグラファイト基板を備えたフレキシブル回路基板を発明しました。。 3D プリントによる誘電体層と導電層—追加の電子部品とともに—柔軟なグラファイトマトリックスに直接印刷されます。

フレキシブルなグラファイト基板の表面に誘電体層を形成し、その誘電体の表面に導電層を形成した、シンプルでありながら非常に優れた構造となっています。。導電層—銀、銅、アルミニウムを含むことも、厚い金属として塗布することもできます。-フィルム導体ペースト—電気回路を形成します。導電層は、スクリーン印刷や 3D 印刷などのさまざまな印刷技術を使用して適用できます。。

優れた熱性能

この技術の鍵はグラファイト基板自体にあります。柔軟なグラファイトは非常に優れた特性を提供します。-平面熱伝導率—通常は 300 ～ 1,500 W の範囲です/メートル·K-。これにより、熱が基板表面全体に迅速かつ効率的に広がり、熱をホットスポットから遠ざけ、より効果的な放散のためにより広い領域に熱を分散させることができます。。

その結果、熱を効果的に冷却できる回路基板が誕生しました。-隣接するパーツにダメージを与えずにコンポーネントを生成。これは、高品質の製品にとって特に価値があります。-パワー LED では、LED 接合部に熱が集中すると、パフォーマンスが急速に低下し、寿命が短くなる可能性があります。 LEDをフレキシブルグラファイト基板に直接取り付けることで、熱が光から急速に伝導されます。-発光コンポーネントにより、冷却とデバイス全体の信頼性の両方が向上します。

妥協のない柔軟性

おそらく最も印象的なのは、フレキシブル グラファイト回路基板が優れた熱性能を実現しながら、優れた柔軟性特性を維持していることです。回路基板は、回路基板としての性能に悪影響を与えることなく、平面構成から曲げたり曲げたり変形させたりすることができます。。

実際には、これは非常に優れた曲げ半径を意味します。厚さ 0.5 mm の回路基板は約 6.0 mm の曲げ半径を実現でき、厚さ 0.25 mm の基板は約 3.0 mm の曲げ半径を実現できます。。この柔軟性により、エレクトロニクス設計にまったく新しい可能性が開かれます。

幅広い用途と将来性

この技術の影響は LED 照明をはるかに超えています。この技術に関する GrafTech の特許—2017 年 1 月 17 日に米国特許第 9,546,763 号として付与されました。—同社をフレキシブルエレクトロニクス製造の最前線に位置づける。フレキシブルで曲げ可能なエレクトロニクスは、折り畳み式スマートフォン、ウェアラブル デバイス、自動車システムなどに及ぶアプリケーションで、従来のリジッド プリント基板に代わる実行可能な代替品となる可能性を秘めています。。

この技術はすでにLEDライトを搭載したディスプレイデバイスに応用されています。-発光コンポーネントは、ますます明るくなるディスプレイによって発生する熱を管理するために、グラファイト基板を備えたフレキシブル回路基板に取り付けられています。。

将来に向けて

電子デバイスがより小型のフォームファクターとより高いパフォーマンスを目指して進化し続けるにつれて、効果的な熱管理の重要性はますます高まるでしょう。グラフテックの3D-プリントされたフレキシブルグラファイト回路基板は大きな前進を示します—グラファイトの熱的利点と、フレキシブル基板の設計の自由度および 3D プリンティングの製造効率を組み合わせます。

ハイレベルなデザイナー向け-電源 LED システム、ディスプレイ、そして次へ-このテクノロジーは、現代のデバイスに求められる柔軟性とコンパクトさを犠牲にすることなく、強力なコンポーネントを冷却状態に保つという、業界で最も永続的な課題の 1 つに対する魅力的なソリューションを提供します。