Поскольку электронные устройства продолжают уменьшаться в размерах, а их вычислительная мощность растет, управление температурным режимом стало одной из наиболее важных проблем в разработке полупроводников. Микропроцессоры, интегральные схемы и другие сложные электронные компоненты обычно работают эффективно только в пределах определенного порогового диапазона температур.. Когда эти компоненты выделяют чрезмерное тепло во время работы, это не только ухудшает их производительность, но и снижает общую надежность системы. — а в крайних случаях может привести к полному отказу системы.

Для проектировщиков контроль рабочей температуры имеет первостепенное значение. Даже небольшое снижение рабочей температуры типичного кремниевого полупроводникового устройства приводит к значительному повышению как надежности, так и срока службы продукта.. Как заметил один отраслевой обозреватель, «эффективное управление температурным режимом имеет решающее значение для-силовые устройства, поскольку чрезмерное нагревание может снизить их производительность и надежность»..

Графитовое решение

Введите графит — материал, который быстро становится краеугольным камнем следующего-поколения решений по управлению температурным режимом. На рынке термопленочных материалов в настоящее время доминируют три категории: термопленки из натурального графита, термопленки из искусственного графита и нанопленки.-углеродные термопленки. Ведущими компаниями в каждой категории являются соответственно GrafTech. (США), Панасоник (Япония)и SKC (Южная Корея).

GrafTech, считающийся мировым лидером в области производства графитовых продуктов и пленок с высокой теплопроводностью, имеет значительный портфель патентов в области обработки графитовых пленок и обслуживает крупных OEM-производителей в области решений для охлаждения смартфонов, силовой электроники и аккумуляторных блоков для электромобилей.. Компания была пионером в использовании листов сжатого расширенного графита для решения тепловых проблем и рынка использования этого материала в управлении температурой электронных продуктов..

3D-печать с графитовыми подложками

Сегодня, используя технологию 3D-печати, компания GrafTech изобрела гибкую печатную плату с гибкой графитовой подложкой.-. Напечатав диэлектрические слои, проводящие слои и дополнительные электронные компоненты на гибкой графитовой матрице, компания создала решение, которое эффективно отводит тепло от компонентов, не повреждая соседние детали. Гибкая печатная плата включает в себя диэлектрический слой, сформированный на поверхности гибкой графитовой подложки, и электропроводящий слой, сформированный на поверхности диэлектрика.. Высокий уровень-Плоская теплопроводность графитовой подложки обеспечивает улучшенную способность теплопередачи, эффективно отводя тепло от электронных компонентов и улучшая охлаждение..

Это нововведение имеет глубокие последствия для миниатюризации и утончения электронных устройств, таких как смартфоны, ноутбуки и плоские компьютеры.-панельные телевизоры. Гибкая монтажная плата может поддерживать свет-излучающие диоды (светодиоды) — Это особенно критичное применение, поскольку производители постоянно увеличивают яркость дисплея, что приводит к увеличению энергопотребления светодиодов и, как следствие, к увеличению выделения тепла, что вредно для работы ЖК-дисплея.

Патенты и будущие приложения

Патентный портфель GrafTech в этой области включает WO2016015032A1. («Гибкая печатная плата с графитовой подложкой и схемы с ее использованием») и соответствующие документы. Одобрение этих патентов значительно расширяет возможности GrafTech по изготовлению электронных устройств из гибких материалов, которые можно многократно скручивать, растягивать или сгибать..

Гибкая и сгибаемая электроника может стать потенциальной заменой нынешних печатных плат с широким спектром возможностей.-широкий спектр приложений в складных смартфонах, различных носимых устройствах и автомобильных системах.

Параллельное развитие гибкой электроники

По совпадению, в начале 2017 года исследовательская группа из Университета науки и технологий штата Миссури совершила прорыв в смежной области.. Исследователи успешно интегрировали гибкие подложки с жесткими проводящими материалами. — сочетание принципиально разных свойств материалов — с использованием техники под названием «прямая аэрозольная печать».. Процесс включает распыление проводящего материала на растягивающуюся подложку для создания датчиков, которые можно разместить на коже..

Эластичные поверхности можно многократно скручивать, растягивать и сгибать, что позволяет производить гибкие и растягивающиеся электронные изделия практически без влияния на производительность. Доктор Хенг Пан, доцент кафедры машиностроения и аэрокосмической техники в Миссури С.&Т и Ко-автор исследовательской работы отметил, что аддитивное производство предлагает экономичное решение, позволяющее преодолеть несоответствие между гибкими эластомерными основами и хрупкими электронными проводниками.. «Прямая печать как метод аддитивного производства удовлетворит такие требования и обеспечит низкую стоимость и высокую скорость как прототипирования, так и производства», — пишут исследователи..

Дорога вперед

Поскольку спрос на меньшую форму-Фактор электроники продолжает расти, важность управления температурным режимом будет только возрастать. Графитовые материалы — с их исключительным-плоская теплопроводность и совместимость с передовыми технологиями производства, такими как 3D-печать. — готовы возглавить следующую революцию в области электронной надежности.

Конвергенция технологии графитовых подложек с аддитивным производством представляет собой сдвиг парадигмы в проектировании и производстве электронных схем. От складных телефонов до медицинских носимых устройств и автомобильных систем — эра гибкой, растягивающейся и термически оптимизированной электроники больше не является отдаленной перспективой. — оно уже обретает форму на производственных линиях и в исследовательских лабораториях по всему миру.