Memandangkan peranti elektronik terus mengecil dalam saiz sambil berkembang dalam kuasa pemprosesan, pengurusan haba telah muncul sebagai salah satu cabaran paling kritikal dalam reka bentuk semikonduktor. Mikropemproses, litar bersepadu dan komponen elektronik kompleks lain biasanya beroperasi dengan berkesan hanya dalam julat suhu ambang tertentu. Apabila komponen ini menghasilkan haba yang berlebihan semasa operasi, ia bukan sahaja menjejaskan prestasi mereka sendiri tetapi juga mengurangkan kebolehpercayaan sistem secara keseluruhan. — dan dalam kes yang melampau, boleh menyebabkan kegagalan sistem lengkap.

Bagi pereka bentuk, mengawal suhu operasi adalah penting. Malah pengurangan sederhana dalam suhu operasi peranti semikonduktor silikon biasa menghasilkan peningkatan yang ketara dalam kedua-dua kebolehpercayaan dan jangka hayat produk. Seperti yang dinyatakan oleh seorang pemerhati industri, "pengurusan haba yang berkesan adalah penting untuk tinggi-peranti kuasa, kerana haba yang berlebihan boleh merendahkan prestasi dan kebolehpercayaannya".

Penyelesaian Grafit

Masukkan grafit — bahan yang pantas menjadi asas seterusnya-penyelesaian pengurusan haba penjanaan. Pasaran bahan filem terma kini dikuasai oleh tiga kategori: filem terma grafit semula jadi, filem terma grafit tiruan, dannano-filem terma karbon. Syarikat terkemuka dalam setiap kategori masing-masing ialah GrafTech (USA), Panasonic (Jepun), dan SKC (Korea Selatan).

GrafTech, dianggap sebagai peneraju global dalam produk grafit kejuruteraan dan filem kekonduksian haba yang tinggi, memegang portfolio paten yang besar dalam pemprosesan filem grafit dan menyediakan OEM utama dalam penyelesaian penyejukan telefon pintar, elektronik kuasa dan pek bateri kenderaan elektrik. Syarikat itu mempelopori penggunaan kepingan zarah grafit yang dimampatkan untuk menangani cabaran terma dan pasaran untuk menggunakan bahan ini dalam pengurusan terma produk elektronik.

Pencetakan 3D Bertemu Substrat Grafit

Hari ini, menggunakan teknologi percetakan 3D, GrafTech telah mencipta papan litar fleksibel yang menampilkan substrat grafit fleksibel-. Dengan mencetak lapisan dielektrik, lapisan konduktif dan komponen elektronik tambahan pada matriks grafit fleksibel, syarikat itu telah mencipta penyelesaian yang berkesan menyebarkan haba daripada komponen tanpa merosakkan bahagian bersebelahan. Papan litar fleksibel termasuk lapisan dielektrik yang terbentuk pada permukaan substrat grafit fleksibel dan lapisan konduktif elektrik yang terbentuk pada permukaan dielektrik.. Yang tinggi dalam-kekonduksian haba satah substrat grafit menyediakan keupayaan pemindahan haba yang dipertingkatkan, dengan berkesan mengalihkan haba daripada komponen elektronik untuk penyejukan yang lebih baik.

Inovasi ini mempunyai implikasi yang mendalam untuk pengecilan dan penipisan peranti elektronik seperti telefon pintar, komputer riba dan flat-televisyen panel. Papan litar fleksibel boleh menyokong cahaya-diod pemancar (LED) — aplikasi yang sangat kritikal kerana pengeluar terus meningkatkan kecerahan paparan, memacu penggunaan kuasa LED yang lebih tinggi dan, akibatnya, penjanaan haba yang lebih besar yang memudaratkan operasi LCD.

Paten dan Aplikasi Masa Depan

Portfolio paten GrafTech dalam ruang ini termasuk WO2016015032A1 ("Papan litar fleksibel dengan substrat grafit dan susunan litar menggunakan sama") dan pemfailan berkaitan. Kelulusan paten ini dengan ketara mengukuhkan keupayaan GrafTech untuk mengarang peranti elektronik pada bahan fleksibel yang boleh dipintal, diregangkan atau dibengkokkan berulang kali.

Elektronik fleksibel dan boleh dibengkokkan bersedia untuk menjadi pengganti berpotensi untuk papan litar bercetak semasa, dengan lebar-merangkumi aplikasi dalam telefon pintar boleh lipat, pelbagai peranti boleh pakai dan sistem automotif.

Pembangunan Selari dalam Elektronik Boleh Renggang

Secara kebetulan, pada awal tahun 2017, pasukan penyelidik dari Universiti Sains dan Teknologi Missouri mencapai kejayaan dalam bidang berkaitan. Para penyelidik berjaya menyepadukan substrat fleksibel dengan bahan konduktif tegar — menggabungkan sifat bahan yang berbeza secara asas — menggunakan teknik yang dipanggil "cetakan aerosol langsung". Proses ini melibatkan penyemburan bahan konduktif ke substrat boleh renggang untuk membangunkan sensor yang boleh diletakkan pada kulit.

Permukaan anjal boleh dipintal, diregangkan dan dibengkokkan berulang kali, membolehkan pengeluaran produk elektronik boleh dibengkokkan dan boleh diregangkan tanpa kesan ke atas prestasi. Dr. Heng Pan, Penolong Profesor kejuruteraan mekanikal dan aeroangkasa di Missouri S&T dan co-pengarang kertas penyelidikan, menyatakan bahawa pembuatan aditif menawarkan penyelesaian yang menjimatkan untuk mengatasi ketidakpadanan antara asas elastomer fleksibel dan konduktor elektronik rapuh. "Percetakan langsung, sebagai kaedah pembuatan aditif, akan memenuhi keperluan sedemikian dan menawarkan kos rendah dan kelajuan tinggi dalam kedua-dua prototaip dan pembuatan, " tulis para penyelidik..

Jalan Hadapan

Sebagai permintaan untuk, bentuk yang lebih kecil-faktor elektronik terus berkembang, pengurusan haba hanya akan meningkatkan kepentingan. Bahan grafit — dengan mereka yang luar biasa dalam-kekonduksian terma satah dan keserasian dengan teknik pembuatan termaju seperti percetakan 3D — berkedudukan untuk menerajui revolusi seterusnya dalam kebolehpercayaan elektronik.

Konvergensi teknologi substrat grafit dengan pembuatan aditif mewakili anjakan paradigma dalam cara litar elektronik direka dan dihasilkan. Daripada telefon boleh lipat kepada boleh pakai perubatan kepada sistem automotif, era elektronik yang fleksibel, boleh renggang dan dioptimumkan secara terma bukan lagi satu janji yang jauh. — ia sudah pun terbentuk di barisan pengeluaran dan di makmal penyelidikan di seluruh dunia.