Elektronik cihazların işlem gücü artarken boyutları küçülmeye devam ettikçe, termal yönetim, modern elektronik tasarımındaki en kritik zorluklardan biri olarak ortaya çıktı. Şimdi, GrafTech International Holdings Inc.'in bir atılımı bu zorluğun üstesinden geliyor-üzerinde—Yüksek ısı dağılımını önemli ölçüde artıran grafit yüzeylere sahip esnek devre kartları oluşturmak için 3D baskı teknolojisini kullanıyor-güç LED'leri ve diğer ısı-bileşenler oluşturma.

Termal Yönetim Zorluğu

Günümüzün elektronik cihazlarında ısı, performansın ve güvenilirliğin düşmanıdır. Mikroişlemciler, entegre devreler ve diğer karmaşık elektronik bileşenler genellikle yalnızca belirli sıcaklık eşikleri dahilinde etkili bir şekilde çalışır. Bu bileşenler çalışma sırasında aşırı ısı ürettiğinde, bu yalnızca kendi performanslarını düşürmekle kalmaz, aynı zamanda genel sistem güvenilirliğini de azaltır.—ve hatta sistemin tamamen arızalanmasına yol açabilir.

Riskler özellikle yüksek-güç LED'leri. Üreticiler sürekli olarak daha parlak ekranlar ve daha parlak aydınlatma çözümleri için baskı yaptıkça, LED'ler artan miktarda güç tüketiyor. Aslında LED'ler tarafından tüketilen giriş gücünün yaklaşık yüzde 70 ila 85'i ışık yerine ısıya dönüştürülüyor. Bu ısı, LED'in çalışmasına zarar verir ve uygun şekilde yönetilmezse cihazın ömrünü önemli ölçüde kısaltabilir ve performansı tehlikeye atabilir..

Yarı iletken cihaz güvenilirliği, daha düşük çalışma sıcaklıklarıyla önemli ölçüde artar-. Araştırmalar gösteriyor ki 10 bile°Sıcaklıktaki C artışı cihazın çalışma ömrünü yarıya indirebilir. Tasarımcılar için, bileşen ömrünü ve güvenilirliği en üst düzeye çıkarmak için çalışma sıcaklığının kontrol edilmesi çok önemlidir..

Yeni Bir Çözüm: 3D-Baskılı Esnek Grafit Devre Kartları

GrafTech, grafit ve karbon ürünlerinde dünya lideri-, termal yönetim konusunda yenilikçi bir yaklaşım geliştirdi. Şirket, 3D baskı teknolojisini kullanarak esnek bir grafit alt tabakaya sahip esnek bir devre kartı icat etti. 3D baskı, dielektrik katmanlar ve elektriksel olarak iletken katmanlar sayesinde—ek elektronik bileşenlerle birlikte—doğrudan esnek grafit matris üzerine yazdırılır.

Yapı zarif bir şekilde basit ama son derece etkilidir: Esnek grafit alt tabakanın yüzeyinde bir dielektrik katman oluşturulur ve daha sonra dielektrik yüzeyinde elektriksel olarak iletken bir katman oluşturulur.. Elektriksel olarak iletken katman—Gümüş, bakır veya alüminyum içerebilen veya kalın olarak uygulanabilen-film iletken macunu—elektrik devresini oluşturur. İletken katman, serigrafi baskı veya 3D baskı dahil olmak üzere çeşitli baskı teknikleri kullanılarak uygulanabilir..

Üstün Termal Performans

Bu teknolojinin anahtarı grafit alt katmanın kendisinde yatmaktadır. Esnek grafit olağanüstü yüksek performans sunar-düzlem ısı iletkenliği—tipik olarak 300 ila 1.500 W arasında değişir/m·k-. Bu, ısının alt tabaka yüzeyi boyunca hızlı ve verimli bir şekilde yayılmasına, ısının sıcaknoktalardan uzaklaştırılmasına ve daha etkili bir dağılım için daha geniş bir alana dağıtılmasına olanak tanır..

Sonuç, ısıyı etkili bir şekilde soğutabilen bir devre kartıdır-Bitişik parçalara zarar vermeden bileşenlerin üretilmesi. Bu özellikle yüksek-LED bağlantısındaki yoğun ısının performansı hızlı bir şekilde düşürebildiği ve kullanım ömrünü kısaltabildiği güç LED'leri. LED'lerin doğrudan esnek grafit alt tabakaya monte edilmesiyle ısı hızla ışıktan uzağa iletilir-bileşenler yayarak hem soğutmayı hem de genel cihaz güvenilirliğini artırır.

Ödün Vermeyen Esneklik

Belki de en etkileyici olanı, esnek grafit devre kartının üstün termal performans sağlarken mükemmel esneklik özelliklerini de korumasıdır. Devre kartı, devre kartı olarak performansını olumsuz yönde etkilemeden düzlemsel bir konfigürasyondan bükülebilir, esnetilebilir veya başka şekilde bozulabilir.

Pratik açıdan bu, olağanüstü bükülme yarıçapları anlamına gelir: 0,5 mm kalınlığındaki bir devre kartı yaklaşık 6,0 mm'lik bir bükülme yarıçapına ulaşabilirken, 0,25 mm kalınlığındaki bir devre kartı yaklaşık 3,0 mm'lik bir yarıçapa kadar bükülebilir. Bu esneklik elektronik tasarımı için tamamen yeni olanaklara kapı açıyor.

Geniş Uygulamalar ve Gelecek Potansiyeli

Bu teknolojinin etkileri LED aydınlatmanın çok ötesine uzanıyor. GrafTech'in bu teknolojiye ilişkin patenti—17 Ocak 2017 tarihinde ABD Patenti No. 9,546,763 olarak verilmiştir.—şirketi esnek elektronik üretiminde ön sıralarda konumlandırıyor. Esnek, bükülebilir elektronikler, katlanabilir akıllı telefonlar, giyilebilir cihazlar, otomotiv sistemleri ve daha fazlasını kapsayan uygulamalarla geleneksel sert baskılı devre kartlarına uygun bir alternatif olma potansiyeline sahiptir..

Bu teknoloji halihazırda LED ışığın kullanıldığı görüntüleme cihazlarına uygulanıyor.-yayan bileşenler, giderek daha parlak olan ekranların ürettiği ısıyı yönetmek için grafit alt katmanlara sahip esnek devre kartlarına monte edilir.

İleriye Bakış

Elektronik cihazlar daha küçük form faktörlerine ve daha yüksek performansa doğru gelişmeye devam ettikçe etkili termal yönetimin önemi daha da artacaktır. GrafTech'in 3D'si-baskılı esnek grafit devre kartları ileriye doğru atılmış önemli bir adımı temsil ediyor—Grafitin termal avantajlarını esnek alt tabakaların tasarım özgürlüğü ve 3D baskının üretim verimliliği ile birleştiriyor.

Yüksek seviyedeki tasarımcılar için-güç LED sistemleri, ekranlar ve sonraki-nesil esnek elektronikler ile bu teknoloji, endüstrinin en kalıcı zorluklarından birine etkileyici bir çözüm sunuyor: modern cihazların talep ettiği esneklik ve kompaktlıktan ödün vermeden güçlü bileşenleri serin tutmak.