À medida que os dispositivos eletrônicos continuam a diminuir de tamanho enquanto aumentam o poder de processamento, o gerenciamento térmico emergiu como um dos desafios mais críticosno projeto de semicondutores. Microprocessadores, circuitos integrados e outros componentes eletrônicos complexosnormalmente operam de forma eficaz apenas dentro de uma faixa específica de temperatura limite.. 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 em casos extremos, pode levar à falha completa do sistema.

Para os projetistas, controlar a temperatura operacional é fundamental. Mesmo uma redução modestana temperatura operacional de um dispositivo semicondutor de silício típico produz melhorias significativasna confiabilidade ena vida útil do produto. Como observou um observador da indústria, “o gerenciamento térmico eficaz é fundamental para altas-dispositivos de energia, pois o calor excessivo pode degradar seu desempenho e confiabilidade".

A solução de grafite

Digite grafite — um material que está rapidamente se tornando a pedra angular do próximo-soluções de gerenciamento térmico de geração. O mercado de materiais de filmes térmicos é atualmente dominado por três categorias: filmes térmicos de grafitenatural, filmes térmicos de grafite artificial e filmesnanométricos.-filmes térmicos de carbono. As empresas líderes em cada categoria são respectivamente GrafTech (EUA), Panasonic (Japão)e SKC (Coreia do Sul).

A GrafTech, considerada líder global em produtos de grafite projetados e filmes de alta condutividade térmica, possui um portfólio substancial de patentesno processamento de filmes de grafite e atende aos principais OEMs em soluções de resfriamento de smartphones, eletrônica de potência e baterias de veículos elétricos.. A empresa foi pioneirano uso de folhas de partículas de grafite expandidas comprimidas para enfrentar os desafios térmicos e o mercado para o uso deste materialno gerenciamento térmico de produtos eletrônicos.

A impressão 3D encontra substratos de grafite

Hoje, usando tecnologia de impressão 3D, a GrafTech inventou uma placa de circuito flexível com um substrato flexível de grafite-. Ao imprimir camadas dielétricas, camadas condutoras e componentes eletrônicos adicionaisna matriz flexível de grafite, a empresa criou uma solução que espalha efetivamente o calor dos componentes sem danificar as peças adjacentes. A placa de circuito flexível inclui uma camada dielétrica formadana superfície do substrato de grafite flexível e uma camada eletricamente condutora formadana superfície do dielétrico. A alta em-a condutividade térmica plana do substrato de grafite fornece maior capacidade de transferência de calor, afastando efetivamente o calor dos componentes eletrônicos para melhorar o resfriamento.

Esta inovação tem implicações profundas para a miniaturização e o desbaste de dispositivos eletrônicos, como smartphones, laptops e tablets.-televisores de painel. A placa de circuito flexível pode suportar luz-diodos emissores (LEDs) — uma aplicação particularmente crítica, uma vez que os fabricantes aumentam continuamente o brilho do ecrã, conduzindo a um maior consumo de energia do LED e, consequentemente, a uma maior geração de calor que é prejudicial ao funcionamento do LCD.

Patentes e aplicações futuras

O portfólio de patentes da GrafTechneste espaço inclui WO2016015032A1 ("Placa de circuito flexível com substrato de grafite e arranjos de circuito usando o mesmo") e registros relacionados. A aprovação destas patentes fortalece significativamente a capacidade da GrafTech de fabricar dispositivos eletrônicos em materiais flexíveis que podem ser repetidamente torcidos, esticados ou dobrados.

A eletrônica flexível e dobrável está preparada para se tornar um substituto potencial para as atuais placas de circuito impresso, com amplo-aplicações variadas em smartphones dobráveis, vários dispositivos vestíveis e sistemas automotivos.

Um desenvolvimento paralelo em eletrônica extensível

Coincidentemente,no início de 2017, uma equipa de investigação da Universidade de Ciência e Tecnologia do Missouri conseguiu um avançonum campo relacionado.. Os pesquisadores integraram com sucesso substratos flexíveis com materiais condutores rígidos — combinando propriedades de materiais fundamentalmente diferentes — usando uma técnica chamada "impressão direta em aerossol". O processo envolve a pulverização de um material condutor sobre um substrato extensível para desenvolver sensores que podem ser colocadosna pele..

As superfícies elásticas podem ser repetidamente torcidas, esticadas e dobradas, permitindo a produção de produtos eletrônicos dobráveis ​​e extensíveis praticamente sem impactono desempenho. Heng Pan, professor assistente de engenharia mecânica e aeroespacialno Missouri S&T e companhia-autor do artigo de pesquisa, observou que a fabricação aditiva oferece uma solução econômica para superar a incompatibilidade entre bases de elastômero flexíveis e condutores eletrônicos frágeis. “A impressão direta, como método de fabricação aditiva, satisfaria esses requisitos e ofereceria baixo custo e alta velocidade tantona prototipagem quantona fabricação”, escreveram os pesquisadores..

A estrada à frente

Como a demanda por, formato menor-Se a eletrônica continuar a crescer, o gerenciamento térmico só aumentará em importância. Materiais de grafite — com seu excepcional em-condutividade térmica plana e compatibilidade com técnicas avançadas de fabricação, como impressão 3D — estão posicionados para liderar a próxima revolução em confiabilidade eletrônica.

A convergência da tecnologia de substrato de grafite com a fabricação aditiva representa uma mudança de paradigmana forma como os circuitos eletrônicos são projetados e produzidos. De telefones dobráveis a dispositivos médicos e sistemas automotivos, a era da eletrônica flexível, extensível e termicamente otimizadanão é mais uma promessa distante — já está tomando formanas linhas de produção enos laboratórios de pesquisa em todo o mundo.