Оскільки електронні пристрої продовжують зменшуватися в розмірах, одночасно збільшуючи обчислювальну потужність, керування температурним режимом стало одним із найважливіших завдань у розробці сучасної електроніки. Тепер прорив від GrafTech International Holdings Inc. вирішує цю проблему-на—використання технології 3D-друку для створення гнучких друкованих плат із графітовими підкладками, які значно покращують розсіювання тепла для високих-потужність світлодіодів та інше тепло-генеруючі компоненти.

Виклик управління температурою

У сучасних електронних пристроях тепло є ворогом продуктивності та надійності. Мікропроцесори, інтегральні схеми та інші складні електронні компоненти зазвичай ефективно працюють лише в межах певних температурних порогів. Коли ці компоненти виділяють надмірне тепло під час роботи, це не тільки погіршує їх власну продуктивність, але й знижує загальну надійність системи—і навіть може призвести до повного збою системи.

Ставки особливо високі для високих-світлодіоди живлення. Оскільки виробники постійно прагнуть до більш яскравих дисплеїв і освітлення, світлодіоди споживають все більше енергії. Насправді приблизно від 70 до 85 відсотків вхідної потужності, споживаної світлодіодами, перетворюється на тепло, а не на світло. Це тепло шкодить роботі світлодіодів і, якщо не керувати належним чином, може значно скоротити термін служби пристрою та знизити продуктивність.

Надійність напівпровідникових пристроїв значно підвищується при зниженні робочих температур-. Дослідження показали, що навіть 10°Підвищення температури C може вдвічі скоротити термін служби пристрою. Для розробників контроль робочої температури є важливим для максимізації терміну служби та надійності компонентів.

Нове рішення: 3D-Друковані гнучкі графітові плати

GrafTech, світовий лідер у виробництві графітових і вуглецевих виробів-, розробила інноваційний підхід до управління теплом. Використовуючи технологію 3D-друку, компанія винайшла гнучку друковану плату з гнучкою графітовою підкладкою. Через 3D-друк діелектричні шари та електропровідні шари—разом із додатковими електронними компонентами—друкуються безпосередньо на гнучку графітову матрицю.

Структура елегантно проста, але дуже ефективна: на поверхні гнучкої графітової підкладки утворюється діелектричний шар, а потім на поверхні діелектрика утворюється електропровідний шар.. Електропровідний шар—який може включати срібло, мідь або алюміній або наноситися у вигляді товстого шару-плівка провідник паста—утворює електричне коло. Провідний шар можна наносити за допомогою різних технологій друку, включаючи трафаретний друк або 3D-друк.

Чудові теплові характеристики

Ключ до цієї технології лежить у самій графітовій підкладці. Гнучкий графіт забезпечує винятково високий вміст-плоска теплопровідність—зазвичай коливається від 300 до 1500 Вт/м·К-. Це дозволяє теплу швидко й ефективно поширюватися поверхнею підкладки, відводячи тепло від гарячих точок і розподіляючи його на більшій площі для більш ефективного розсіювання.

Результатом є друкована плата, яка може ефективно охолоджувати тепло-створення компонентів без пошкодження суміжних частин. Це особливо цінно для високих-потужні світлодіоди, де концентроване тепло на стику світлодіодів може швидко погіршити продуктивність і скоротити термін служби. Встановлюючи світлодіоди безпосередньо на гнучку графітову підкладку, тепло швидко відводиться від світла.-випромінюючих компонентів, покращуючи як охолодження, так і загальну надійність пристрою.

Гнучкість без компромісів

Можливо, найбільш вражаючим є те, що гнучка графітова плата зберігає чудові характеристики гнучкості, забезпечуючи чудові теплові характеристики. Друкована плата може бути зігнута, зігнута або іншим чином викривлена з плоскої конфігурації без негативного впливу на її продуктивність як друкованої плати.

На практиці це означає виняткові радіуси вигину: друкована плата товщиною 0,5 мм може досягти радіуса вигину приблизно 6,0 мм, тоді як плата товщиною 0,25 мм може зігнутися до радіуса приблизно 3,0 мм.. Ця гнучкість відкриває абсолютно нові можливості для дизайну електроніки.

Широке застосування та майбутній потенціал

Наслідки цієї технології виходять далеко за рамки світлодіодного освітлення. Патент GrafTech на цю технологію—надано як патент США № 9,546,763 17 січня 2017 р.—позиціонує компанію в авангарді виробництва гнучкої електроніки. Гнучка електроніка, що згинається, має потенціал стати життєздатною альтернативою традиційним жорстким друкованим платам із застосуванням, що охоплює складні смартфони, носимі пристрої, автомобільні системи тощо..

Ця технологія вже застосовується до пристроїв відображення, де світлодіодне світло-випромінювальні компоненти встановлені на гнучкі друковані плати з графітовими підкладками для керування теплом, що виділяється дедалі яскравішими дисплеями.

Дивлячись вперед

Оскільки електронні пристрої продовжують розвиватися в напрямку менших форм-факторів і більш високої продуктивності, ефективне керування температурою буде лише зростати. 3D від GrafTech-друковані гнучкі графітові плати являють собою значний крок вперед—поєднання теплових переваг графіту зі свободою дизайну гнучких підкладок і ефективністю виробництва 3D-друку.

Для дизайнерів високого-живлення світлодіодних систем, дисплеїв тощо-покоління гнучкої електроніки, ця технологія пропонує переконливе рішення для однієї з найбільш постійних проблем галузі: збереження потужних компонентів у холоді без шкоди для гнучкості та компактності, яких вимагають сучасні пристрої.