A medida que los dispositivos electrónicos siguen reduciéndose de tamaño y aumentando su potencia de procesamiento, la gestión térmica se ha convertido en uno de los desafíos más críticos en el diseño de la electrónica moderna. Ahora, un gran avance de GrafTech International Holdings Inc. está abordando este desafío.-en—utilizando tecnología de impresión 3D para crear placas de circuito flexibles con sustratos de grafito que mejoran drásticamente la disipación de calor para alta-LED de potencia y otros calor-componentes generadores.

El desafío de la gestión térmica

En los dispositivos electrónicos actuales, el calor es enemigo del rendimiento y la confiabilidad. Los microprocesadores, circuitos integrados y otros componentes electrónicos complejosnormalmente funcionan eficazmente sólo dentro de umbrales de temperatura específicos. Cuando estos componentes generan calor excesivo durante el funcionamiento,no solo perjudica su propio rendimiento sino que también reduce la confiabilidad general del sistema.—e incluso puede provocar un fallo total del sistema.

Hay mucho en juego para los altos-LED de alimentación. A medida que los fabricantes presionan continuamente para conseguir pantallas más brillantes y soluciones de iluminación más luminosas, los LED consumen cantidades cada vez mayores de energía. De hecho, aproximadamente entre el 70 y el 85 por ciento de la energía de entrada consumida por los LED se convierte en calor en lugar de luz.. Este calor es perjudicial para el funcionamiento del LED y, sino se gestiona adecuadamente, puede acortar significativamente la vida útil del dispositivo y comprometer el rendimiento..

La confiabilidad de los dispositivos semiconductores mejora dramáticamente con temperaturas de funcionamiento más bajas-. Los estudios han demostrado que incluso un 10°El aumento de temperatura puede reducir a la mitad la vida útil operativa de un dispositivo. Para los diseñadores, controlar la temperatura de funcionamiento es esencial para maximizar la vida útil y la confiabilidad de los componentes..

Una soluciónnovedosa: 3D-Placas de circuitos impresos de grafito flexible

GrafTech, líder mundial en productos de grafito y carbono-, ha desarrollado un enfoque innovador para la gestión térmica. Utilizando tecnología de impresión 3D, la empresa ha inventado una placa de circuito flexible con un sustrato de grafito flexible. Mediante impresión 3D, capas dieléctricas y capas eléctricamente conductoras—junto con componentes electrónicos adicionales—se imprimen directamente sobre la matriz de grafito flexible.

La estructura es elegantemente simple pero muy efectiva: se forma una capa dieléctrica en la superficie del sustrato de grafito flexible y luego se forma una capa eléctricamente conductora en la superficie del dieléctrico.. La capa eléctricamente conductora.—que puede incluir plata, cobre o aluminio, o aplicarse como una capa espesa-pasta conductora de película—forma el circuito electrico. La capa conductora se puede aplicar mediante diversas técnicas de impresión, incluida la serigrafía o la impresión 3D..

Rendimiento térmico superior

La clave de esta tecnología reside en el propio sustrato de grafito. El grafito flexible ofrece un contenido excepcionalmente alto-conductividad térmica plana—normalmente oscila entre 300 y 1500 W/m·k-. Esto permite que el calor se propague rápida y eficientemente por la superficie del sustrato, alejando el calor de los puntos calientes y distribuyéndolo sobre un área más grande para una disipación más efectiva..

El resultado es una placa de circuito que puede enfriar eficazmente el calor.-Generar componentes sin dañar las piezas adyacentes.. Esto es particularmente valioso para altas-LED de potencia, donde el calor concentrado en la unión del LED puede degradar rápidamente el rendimiento y acortar la vida útil. Al montar los LED directamente sobre el sustrato de grafito flexible, el calor se aleja rápidamente de la luz.-componentes emisores, mejorando tanto la refrigeración como la confiabilidad general del dispositivo.

Flexibilidad sin concesiones

Quizás lo más impresionante es que la placa de circuito de grafito flexible mantiene excelentes características de flexibilidad al tiempo que ofrece un rendimiento térmico superior. La placa de circuito se puede doblar, flexionar o distorsionar de otro modo desde una configuración plana sin afectarnegativamente su rendimiento como placa de circuito..

En términos prácticos, esto significa radios de curvatura excepcionales: una placa de circuito de 0,5 mm de espesor puede alcanzar un radio de curvatura de aproximadamente 6,0 mm, mientras que una placa de 0,25 mm de espesor puede doblarse hasta un radio de aproximadamente 3,0 mm.. Esta flexibilidad abre posibilidades completamentenuevas para el diseño electrónico.

Amplias aplicaciones y potencial futuro

Las implicaciones de esta tecnología van mucho más allá de la iluminación LED. Patente de GrafTech para esta tecnología—concedida como patente estadounidensen.º 9.546.763 el 17 de enero de 2017—posiciona a la empresa a la vanguardia de la fabricación de productos electrónicos flexibles. La electrónica flexible y flexible tiene el potencial de convertirse en una alternativa viable a las placas de circuito impreso rígidas tradicionales, con aplicaciones que abarcan teléfonos inteligentes plegables, dispositivos portátiles, sistemas automotrices y más..

La tecnología ya se está aplicando a dispositivos de visualización, donde la luz LED-Los componentes emisores están montados en placas de circuitos flexibles con sustratos de grafito para gestionar el calor generado por pantallas cada vez más brillantes..

Mirando hacia el futuro

A medida que los dispositivos electrónicos sigan evolucionando hacia factores de forma más pequeños y mayor rendimiento, la gestión térmica eficaz seguirá ganando importancia. El 3D de GrafTech-Las placas de circuito impreso de grafito flexible representan un importante paso adelante—combinando las ventajas térmicas del grafito con la libertad de diseño de los sustratos flexibles y la eficiencia de fabricación de la impresión 3D.

Para diseñadores de alta-sistemas LED de alimentación, pantallas y siguientes-Electrónica flexible denueva generación, esta tecnología ofrece una solución convincente a uno de los desafíos más persistentes de la industria: mantener fríos los componentes potentes sin sacrificar la flexibilidad y la compacidad que exigen los dispositivos modernos.