À medida que os dispositivos eletrónicos continuam a diminuir de tamanho e a aumentar em capacidade de processamento, a gestão térmica emergiu como um dos desafios mais críticosno design eletrónico moderno. Agora, um avanço da GrafTech International Holdings Inc. está enfrentando esse desafio de cabeça-ligado—usando tecnologia de impressão 3D para criar placas de circuito flexíveis com substratos de grafite que melhoram drasticamente a dissipação de calor para altas temperaturas-LEDs de energia e outros calor-gerando componentes.

O desafio da gestão térmica

Nos dispositivos eletrônicos atuais, o calor é inimigo do desempenho e da confiabilidade. Microprocessadores, circuitos integrados e outros componentes eletrônicos complexosnormalmente operam de forma eficaz apenas dentro de limites de temperatura específicos. Quando estes componentes geram calor excessivo durante a operação, issonão só prejudica o seu próprio desempenho, mas também reduz a confiabilidade geral do sistema.—e pode até levar à falha completa do sistema.

Os riscos são particularmente elevados para os altos-LEDs de energia. À medida que os fabricantes buscam continuamente telas mais brilhantes e soluções de iluminação mais luminosas, os LEDs consomem quantidades cada vez maiores de energia. Na verdade, aproximadamente 70 a 85 por cento da energia de entrada consumida pelos LEDs é convertida em calor enão em luz.. Esse calor é prejudicial à operação do LED e, senão for gerenciado adequadamente, pode reduzir significativamente a vida útil do dispositivo e comprometer o desempenho.

A confiabilidade do dispositivo semicondutor melhora drasticamente com temperaturas operacionais mais baixas-. Estudos mostram que mesmo 10°O aumento da temperatura C pode reduzir pela metade a vida útil operacional de um dispositivo. Para os projetistas, controlar a temperatura operacional é essencial para maximizar a vida útil e a confiabilidade dos componentes.

Uma solução inovadora: 3D-Placas de circuito impressas de grafite flexível

GrafTech, líder global em produtos de grafite e carbono-, desenvolveu uma abordagem inovadora para gerenciamento térmico. Usando tecnologia de impressão 3D, a empresa inventou uma placa de circuito flexível com substrato flexível de grafite. Através da impressão 3D, camadas dielétricas e camadas eletricamente condutoras—junto com componentes eletrônicos adicionais—são impressos diretamentena matriz flexível de grafite.

A estrutura é elegantemente simples, mas altamente eficaz: uma camada dielétrica é formadana superfície do substrato flexível de grafite e uma camada eletricamente condutora é então formadana superfície do dielétrico.. A camada eletricamente condutora—que pode incluir prata, cobre ou alumínio, ou ser aplicado como uma camada espessa-pasta condutora de filme—forma o circuito elétrico. A camada condutora pode ser aplicada usando várias técnicas de impressão, incluindo serigrafia ou impressão 3D.

Desempenho térmico superior

A chave para esta tecnologia estáno próprio substrato de grafite. A grafite flexível oferece excepcionalmente alta-condutividade térmica plana—normalmente variando de 300 a 1.500 W/eu·K-. Isto permite que o calor se espalhe de forma rápida e eficiente pela superfície do substrato, afastando o calor dos pontos quentes e distribuindo-o por uma área maior para uma dissipação mais eficaz..

O resultado é uma placa de circuito que pode efetivamente resfriar o calor-gerando componentes sem danificar peças adjacentes. Isto é particularmente valioso para altas-LEDs de energia, onde o calor concentradona junção do LED pode degradar rapidamente o desempenho e reduzir a vida útil. Ao montar LEDs diretamenteno substrato flexível de grafite, o calor é rapidamente conduzido para longe da luz-emitindo componentes, melhorando o resfriamento e a confiabilidade geral do dispositivo.

Flexibilidade sem compromisso

Talvez o mais impressionante seja o facto de a placa de circuito de grafite flexível manter excelentes características de flexibilidade, ao mesmo tempo que proporciona um desempenho térmico superior. A placa de circuito pode ser dobrada, flexionada ou distorcida de outra forma a partir de uma configuração plana sem afetarnegativamente seu desempenho como placa de circuito.

Em termos práticos, isso significa raios de curvatura excepcionais: uma placa de circuito com 0,5 mm de espessura pode atingir um raio de curvatura de aproximadamente 6,0 mm, enquanto uma placa com 0,25 mm de espessura pode dobrar até um raio de cerca de 3,0 mm.. Essa flexibilidade abre possibilidades inteiramentenovas para o design de eletrônicos.

Amplas aplicações e potencial futuro

As implicações desta tecnologia vão muito além da iluminação LED. Patente da GrafTech para esta tecnologia—concedida como patente dos EUAnº 9.546.763 em 17 de janeiro de 2017—posiciona a empresana vanguarda da fabricação flexível de eletrônicos. A eletrônica flexível e dobrável tem o potencial de se tornar uma alternativa viável às tradicionais placas de circuito impresso rígidas, com aplicações que abrangem smartphones dobráveis, dispositivos vestíveis, sistemas automotivos e muito mais.

A tecnologia já está sendo aplicada em dispositivos de exibição, onde a luz LED-os componentes emissores são montados em placas de circuito flexíveis com substratos de grafite para gerenciar o calor gerado por telas cada vez mais brilhantes.

Olhando para o futuro

À medida que os dispositivos eletrônicos continuam a evoluir em direção a formatos menores e maior desempenho, o gerenciamento térmico eficaz só crescerá em importância. 3D da GrafTech-placas de circuito impressas de grafite flexíveis representam um avanço significativo—combinando as vantagens térmicas do grafite com a liberdade de design de substratos flexíveis e a eficiência de fabricação da impressão 3D.

Para designers de alta-sistemas de LED de energia, displays e próximos-eletrônica flexível de última geração, essa tecnologia oferece uma solução atraente para um dos desafios mais persistentes do setor: manter os componentes poderosos resfriados sem sacrificar a flexibilidade e o tamanho compacto que os dispositivos modernos exigem.