Pe măsură ce dispozitivele electronice continuă să se micșoreze în dimensiune, în timp ce crește puterea de procesare, managementul termic a apărut ca una dintre cele mai critice provocări în designul electronic modern. Acum, o descoperire a GrafTech International Holdings Inc. abordează acest cap de provocare-pe—folosind tehnologia de imprimare 3D pentru a crea plăci de circuite flexibile cu substraturi de grafit care îmbunătățesc în mod dramatic disiparea căldurii pentru-LED-uri de putere și alte căldură-generatoare de componente.

Provocarea managementului termic

În dispozitivele electronice de astăzi, căldura este inamicul performanței și fiabilității. Microprocesoarele, circuitele integrate și alte componente electronice complexe funcționează în mod obișnuit eficientnumai în limitele unor praguri de temperatură specifice. Atunci când aceste componente generează căldură excesivă în timpul funcționării,nunumai că le afectează propria performanță, ci și reduce fiabilitatea generală a sistemului—și poate duce chiar la o defecțiune completă a sistemului.

Miza este deosebit de mare pentru mare-LED-uri de putere. Pe măsură ce producătorii solicită în mod continuu afișaje mai luminoase și soluții de iluminare mai luminoase, LED-urile consumă cantități tot mai mari de energie. De fapt, aproximativ 70 până la 85% din puterea de intrare consumată de LED-uri este convertită în căldură, mai degrabă decât în lumină.. Această căldură este dăunătoare pentru funcționarea LED-urilor și, dacănu este gestionată corespunzător, poate scurta semnificativ durata de viață a dispozitivului și poate compromite performanța.

Fiabilitatea dispozitivului semiconductor se îmbunătățește dramatic cu temperaturi de funcționare mai scăzute-. Studiile au arătat că chiar și un 10°Creșterea temperaturii C poate reduce la jumătate durata de viață a dispozitivului. Pentru proiectanți, controlul temperaturii de funcționare este esențială pentru a maximiza durata de viață și fiabilitatea componentelor.

O soluțienouă: 3D-Plăci de circuite flexibile imprimate din grafit

GrafTech, lider global în produse din grafit și carbon-, a dezvoltat o abordare inovatoare a managementului termic. Folosind tehnologia de imprimare 3D, compania a inventat o placă de circuit flexibilă cu un substrat flexibil de grafit. Prin imprimare 3D, straturi dielectrice și straturi conductoare electric—împreună cu componente electronice suplimentare—sunt imprimate direct pe matricea flexibilă de grafit.

Structura este simplă elegant, dar foarte eficientă: se formează un strat dielectric pe suprafața substratului flexibil de grafit și apoi se formează un strat conductiv electric pe suprafața dielectricului.. Stratul conductiv electric—care poate include argint, cupru sau aluminiu sau poate fi aplicat ca o grosime-pastă de conductor de film—formează circuitul electric. Stratul conductiv poate fi aplicat folosind diverse tehnici de imprimare, inclusiv serigrafie sau imprimare 3D.

Performanță termică superioară

Cheia acestei tehnologii constă în substratul de grafit în sine. Grafitul flexibil oferă un conținut excepțional de ridicat-conductivitate termică plană—de obicei variind de la 300 la 1.500 W/m·K-. Acest lucru permite căldurii să se răspândească rapid și eficient pe suprafața substratului, îndepărtând căldura de punctele fierbinți și distribuind-o pe o zonă mai mare pentru o disipare mai eficientă..

Rezultatul este o placă de circuit care poate răci eficient căldura-generând componente fără a deteriora părțile adiacente. Acest lucru este deosebit de valoros pentru mare-LED-uri de putere, unde căldura concentrată la joncțiunea LED-urilor poate degrada rapid performanța și poate scurta durata de viață. Prin montarea LED-urilor direct pe substratul flexibil de grafit, căldura este condusă rapid departe de lumină-componente emițătoare, îmbunătățind atât răcirea, cât și fiabilitatea generală a dispozitivului.

Flexibilitate fără compromis

Poate cel mai impresionant, placa cu circuite flexibile din grafit menține caracteristici excelente de flexibilitate, oferind în același timp performanțe termice superioare. Placa de circuite poate fi îndoită, îndoită sau distorsionată în alt mod dintr-o configurație plană fără a afectanegativ performanța sa ca placă de circuite..

În termeni practici, aceasta înseamnă raze de îndoire excepționale: o placă de circuit cu grosimea de 0,5 mm poate atinge o rază de îndoire de aproximativ 6,0 mm, în timp ce o placă cu grosimea de 0,25 mm se poate îndoi la o rază de aproximativ 3,0 mm.. Această flexibilitate deschide posibilități completnoi pentru proiectarea electronică.

Aplicații largi și potențial viitor

Implicațiile acestei tehnologii se extind cu mult dincolo de iluminarea cu LED-uri. Brevetul GrafTech pentru această tehnologie—acordat ca brevet SUAnr. 9.546.763 la 17 ianuarie 2017—poziționează compania în fruntea producției de electronice flexibile. Electronicele flexibile și flexibile au potențialul de a deveni o alternativă viabilă la plăcile de circuite imprimate rigide tradiționale, cu aplicații care acoperă smartphone-uri pliabile, dispozitive portabile, sisteme auto și multe altele.

Tehnologia este deja aplicată dispozitivelor de afișare, unde se aprinde LED-uri-componentele emitente sunt montate pe plăci de circuite flexibile cu substraturi de grafit pentru a gestiona căldura generată de afișajele din ce în ce mai luminoase.

Privind înainte

Pe măsură ce dispozitivele electronice continuă să evolueze către factori de formă mai mici și performanțe mai mari, managementul termic eficient va crește doar în importanță. 3D de la GrafTech-plăcile de circuite flexibile imprimate din grafit reprezintă un pas semnificativ înainte—combinând avantajele termice ale grafitului cu libertatea de proiectare a substraturilor flexibile și eficiența de fabricație a imprimării 3D.

Pentru designerii de înaltă-sisteme de alimentare cu LED-uri, afișaje și următoarea-electronice flexibile de generație, această tehnologie oferă o soluție convingătoare la una dintre cele mai persistente provocări ale industriei: păstrarea componentelor puternice la rece, fără a sacrifica flexibilitatea și compactitatea pe care le cer dispozitivele moderne.