電子デバイスのサイズは縮小し続け、処理能力も向上するため、熱管理が半導体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。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、特定のしきい値温度範囲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。 — 極端な場合には、完全なシステム障害につながる可能性があります。

設計者にとって、動作温度の制御は最も重要です。典型的なシリコン半導体デバイスの動作温度をわずかに下げるだけでも、信頼性と製品寿命の両方が大幅に向上します。。ある業界観察者は、「効果的な熱管理は、高温環境下では非常に重要です」と述べています。-過度の熱によりパフォーマンスと信頼性が低下する可能性があるため、パワーデバイス。

グラファイトソリューション

グラファイトを入力してください — 急速に次の基礎となりつつある素材-発電熱管理ソリューション。感熱フィルム材料市場は現在、天然黒鉛感熱フィルム、人造黒鉛感熱フィルム、ナノの 3 つのカテゴリーによって支配されています。-カーボンサーマルフィルム。各カテゴリーの主要企業はそれぞれGrafTechです (アメリカ)、パナソニック (日本)、SKC (韓国)。

GrafTech は、人工グラファイト製品と高熱伝導率フィルムの世界的リーダーとみなされており、グラファイト フィルム加工で相当の特許ポートフォリオを保有しており、スマートフォンの冷却ソリューション、パワー エレクトロニクス、電気自動車のバッテリー パックの大手 OEM にサービスを提供しています。。同社は、圧縮膨張黒鉛粒子シートの使用を先駆けて熱的課題に対処し、この材料を電子製品の熱管理に使用する市場に対応しました。。

3D プリントとグラファイト基板の出会い

本日、GrafTech 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。-。同社は、誘電体層、導電層、追加の電子部品を柔軟なグラファイトマトリックス上に印刷することで、隣接する部品に損傷を与えることなく部品から熱を効果的に拡散させるソリューションを開発しました。フレキシブル回路基板は、フレキシブルグラファイト基板の表面に形成された誘電体層と、誘電体の表面に形成された導電層とを含む。。高いのは-グラファイト基板の面熱伝導率により熱伝達能力が向上し、電子部品から効果的に熱を逃がして冷却を向上させます。。

このイノベーションは、スマートフォン、ラップトップ、フラット型パソコンなどの電子機器の小型化と薄型化に大きな影響を与えます。-パネルテレビ。フレキシブル基板は光をサポートします-発光ダイオード (LED) — メーカーがディスプレイの輝度を継続的に向上させ、LED の消費電力が増加し、その結果、LCD の動作に悪影響を与える発熱量が増加するため、特に重要なアプリケーションです。

特許と将来の出願

この分野における GrafTech の特許ポートフォリオには、WO2016015032A1 が含まれます (「グラファイト基板を用いたフレキシブル基板とそれを用いた回路構成」) および関連する提出書類。これらの特許の承認により、繰り返しねじったり、伸ばしたり、曲げたりできる柔軟な素材で電子デバイスを製造するグラフテックの能力が大幅に強化されます。。

柔軟で曲げ可能なエレクトロニクスは、現在のプリント回路基板の潜在的な代替品となる準備が整っています。-折りたたみスマートフォン、各種ウェアラブルデバイス、車載システムなど幅広い用途に対応。

伸縮性エレクトロニクスの並行開発

偶然にも、2017 年の初めに、ミズーリ工科大学の研究チームが関連分野で画期的な成果を達成しました。。研究者らはフレキシブル基板と硬い導電性材料を統合することに成功した — 根本的に異なる材料特性を組み合わせる — 「ダイレクトエアロゾルプリンティング」と呼ばれる技術を使用。このプロセスには、皮膚に配置できるセンサーを開発するために、伸縮性のある基板に導電性材料をスプレーすることが含まれます。。

弾性表面は繰り返しねじったり、伸ばしたり、曲げたりすることができるため、性能にほとんど影響を与えることなく、曲げたり伸ばしたりできる電子製品の製造が可能になります。ヘン・パン博士、ミズーリ大学機械航空宇宙工学助教授&Tさんたち-研究論文の著者は、積層造形が柔軟なエラストマーベースと脆い電子導体の間の不一致を克服するための経済的な解決策を提供すると指摘しました。。 「積層造形法としてのダイレクトプリンティングは、そのような要件を満たし、プロトタイピングと製造の両方において低コストと高速性を実現するだろう」と研究者らは書いている。。

これからの道

より小型化の要望に応えて-ファクターエレクトロニクスは成長を続けており、熱管理の重要性は高まる一方です。黒鉛材料 — 彼らの卓越した能力で-平面熱伝導率と 3D プリンティングなどの高度な製造技術との互換性 — は、電子の信頼性における次の革命をリードする立場にあります。

グラファイト基板技術と積層造形との融合は、電子回路の設計および製造方法におけるパラダイムシフトを表しています。折りたたみ式携帯電話から医療ウェアラブル、自動車システムに至るまで、柔軟で伸縮性があり、熱的に最適化されたエレクトロニクスの時代は、もはや遠い約束ではありません。 — それはすでに世界中の生産ラインや研究所で形になりつつあります。