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 proiectarea semiconductorilor. Microprocesoarele, circuitele integrate și alte componente electronice complexe funcționează în mod obișnuit eficientnumai într-un anumit interval de temperatură de prag. Atunci când aceste componente generează căldură excesivă în timpul funcționării,nunumai că le afectează propria performanță, ci și reduce fiabilitatea generală a sistemului — și, în cazuri extreme, poate duce la o defecțiune completă a sistemului.

Pentru designeri, controlul temperaturii de funcționare este esențial. Chiar și o reducere modestă a temperaturii de funcționare a unui dispozitiv tipic cu semiconductor din siliciu aduce îmbunătățiri semnificative atât în ceea ce privește fiabilitatea, cât și durata de viață a produsului.. După cum a remarcat un observator din industrie, „gestionarea termică eficientă este esențială pentru înaltă-dispozitive de alimentare, deoarece căldura excesivă le poate degrada performanța și fiabilitatea”.

Soluția de grafit

Introduceți grafit — un material care devine rapid piatra de temelie a următoarei-soluții de management termic de generație. Piața materialelor de film termic este în prezent dominată de trei categorii: filme termice din grafitnatural, filme termice din grafit artificial șinano.-folii termice de carbon. Companiile lider din fiecare categorie sunt, respectiv, GrafTech (SUA), Panasonic (Japonia), și SKC (Coreea de Sud).

GrafTech, considerat lider global în produse de inginerie din grafit și filme cu conductivitate termică ridicată, deține un portofoliu substanțial de brevete în procesarea filmului de grafit și servește producătorilor OEM importanți în soluții de răcire pentru smartphone-uri, electronice de putere și baterii pentru vehicule electrice.. Compania a fost pionier în utilizarea foilor de particule de grafit expandat comprimat pentru a aborda provocările termice și piața pentru utilizarea acestui material în managementul termic al produselor electronice..

Imprimarea 3D întâlnește substraturi din grafit

Astăzi, folosind tehnologia de imprimare 3D, GrafTech a inventat o placă de circuit flexibilă cu un substrat flexibil de grafit-. Imprimând straturi dielectrice, straturi conductoare și componente electronice suplimentare pe matricea flexibilă de grafit, compania a creat o soluție care împrăștie eficient căldura departe de componente, fără a deteriora piesele adiacente. Placa de circuit flexibilă include un strat dielectric format pe suprafața substratului flexibil de grafit și un strat conductiv electric format pe suprafața dielectricului. Înaltul în-Conductivitatea termică plană a substratului de grafit oferă o capacitate îmbunătățită de transfer de căldură, îndepărtând eficient căldura de componentele electronice pentru o răcire îmbunătățită.

Această inovație are implicații profunde pentru miniaturizarea și subțierea dispozitivelor electronice, cum ar fi smartphone-urile, laptopurile și-televizoare cu panou. Placa de circuit flexibilă poate suporta lumina-diode emitatoare (LED-uri) — o aplicație deosebit de critică, deoarece producătorii măresc continuu luminozitatea afișajului, conducând la un consum mai mare de energie LED și, în consecință, o generare mai mare de căldură, care dăunează funcționării LCD.

Brevete și aplicații viitoare

Portofoliul de brevete GrafTech în acest spațiu include WO2016015032A1 („Placă de circuite flexibilă cu substrat de grafit și aranjamente de circuite care folosesc același lucru”) și dosarele aferente. Aprobarea acestor brevete întărește semnificativ capacitatea GrafTech de a fabrica dispozitive electronice pe materiale flexibile care pot fi răsucite, întinse sau îndoite în mod repetat..

Electronicele flexibile și flexibile sunt gata să devină un potențial înlocuitor pentru plăcile de circuite imprimate actuale, cu-diverse aplicații în smartphone-uri pliabile, diverse dispozitive portabile și sisteme auto.

O dezvoltare paralelă în electronica extensibilă

Întâmplător, la începutul anului 2017, o echipă de cercetare de la Universitatea de Știință și Tehnologie din Missouri a realizat o descoperire într-un domeniu conex.. Cercetătorii au integrat cu succes substraturi flexibile cu materiale conductoare rigide — combinând proprietăți fundamental diferite ale materialelor — folosind o tehnicănumită „imprimare directă cu aerosoli”. Procesul implică pulverizarea unui material conductiv pe un substrat extensibil pentru a dezvolta senzori care pot fi plasați pe piele..

Suprafețele elastice pot fi răsucite, întinse și îndoite în mod repetat, permițând producerea de produse electronice flexibile și extensibile, practic fără impact asupra performanței. Dr. Heng Pan, profesor asistent de inginerie mecanică și aerospațială la Missouri S&T și co-autorul lucrării de cercetare, a remarcat că fabricarea aditivă oferă o soluție economică pentru a depășinepotrivirea dintre bazele elastomerice flexibile și conductorii electronici fragili.. „Imprimarea directă, ca metodă de fabricație aditivă, ar satisface astfel de cerințe și ar oferi costuri reduse și viteză mare atât în ​​prototipare, cât și în producție”, au scris cercetătorii..

Drumul Înainte

Ca cererea pentru, formă mai mică-electronica factorului continuă să crească, managementul termic va crește doar în importanță. Materiale din grafit — cu excepționalele lor în-conductivitate termică plană și compatibilitate cu tehnici avansate de producție precum imprimarea 3D — sunt poziționați să conducă următoarea revoluție a fiabilității electronice.

Convergența tehnologiei substratului de grafit cu fabricarea aditivă reprezintă o schimbare de paradigmă în modul în care sunt proiectate și produse circuitele electronice. De la telefoane pliabile la dispozitive medicale purtabile la sisteme auto, era electronicelor flexibile, extensibile și optimizate termicnu mai este o promisiune îndepărtată. — se conturează deja pe liniile de producție și în laboratoarele de cercetare din întreaga lume.