Оскільки електронні пристрої продовжують зменшуватися в розмірах, одночасно збільшуючи обчислювальну потужність, керування температурним режимом стало однією з найважливіших проблем у проектуванні напівпровідників. Мікропроцесори, інтегральні схеми та інші складні електронні компоненти зазвичай ефективно працюють лише в певному пороговому температурному діапазоні.. Коли ці компоненти виділяють надмірне тепло під час роботи, це не тільки погіршує їх власну продуктивність, але й знижує загальну надійність системи — а в крайніх випадках може призвести до повного збою системи.

Для дизайнерів контроль робочої температури є найважливішим. Навіть помірне зниження робочої температури типового кремнієвого напівпровідникового пристрою дає суттєві покращення як у надійності, так і в терміні служби продукту.. Як зазначив один галузевий спостерігач, «ефективне управління температурою є критичним для високих-силових пристроїв, оскільки надмірне нагрівання може погіршити їх продуктивність і надійність".

Графітовий розчин

Введіть графіт — матеріал, який швидко стає наріжним каменем наступного-Рішення для управління температурою покоління. На ринку термоплівок зараз домінують три категорії: термоплівки з природного графіту, термоплівки зі штучного графіту та нано-карбонові термоплівки. Компанії-лідери в кожній категорії відповідно GrafTech (США), Panasonic (Японія)і SKC (Південна Корея).

GrafTech, який вважається світовим лідером у виробництві графітових продуктів і плівок з високою теплопровідністю, володіє значним портфоліо патентів на обробку графітових плівок і обслуговує основних OEM-виробників рішень для охолодження смартфонів, силової електроніки та акумуляторних батарей для електромобілів.. Компанія стала піонером у використанні листів із стиснутих розширених частинок графіту для вирішення теплових проблем і ринку для використання цього матеріалу в управлінні температурою електронних продуктів.

3D-друк зустрічається з графітовими підкладками

Сьогодні, використовуючи технологію 3D-друку, GrafTech винайшов гнучку друковану плату з гнучкою графітовою підкладкою-. Надрукувавши діелектричні шари, провідні шари та додаткові електронні компоненти на гнучкій графітовій матриці, компанія створила рішення, яке ефективно відводить тепло від компонентів, не пошкоджуючи суміжні частини. Гнучка друкована плата містить діелектричний шар, сформований на поверхні гнучкої графітової підкладки, і електропровідний шар, сформований на поверхні діелектрика.. Висока ін-плоска теплопровідність графітової підкладки забезпечує покращену тепловіддачу, ефективно відводячи тепло від електронних компонентів для покращеного охолодження.

Ця інновація має глибокі наслідки для мініатюризації та зменшення кількості електронних пристроїв, таких як смартфони, ноутбуки та плоскі пристрої.-панельні телевізори. Гнучка друкована плата може підтримувати світло-випромінюючі діоди (світлодіоди) — Особливо важливе застосування, оскільки виробники постійно збільшують яскравість дисплея, що призводить до більшого споживання електроенергії світлодіодами та, як наслідок, більшого виділення тепла, що шкодить роботі РК-дисплея.

Патенти та майбутні застосування

Портфоліо патентів GrafTech у цьому просторі включає WO2016015032A1 ("Гнучка друкована плата з графітовою підкладкою та схемою, що використовує те саме") та пов’язані з ними документи. Схвалення цих патентів значно посилює можливості GrafTech виготовляти електронні пристрої з гнучких матеріалів, які можна багаторазово скручувати, розтягувати чи згинати..

Гнучка та гнучка електроніка готова стати потенційною заміною для сучасних друкованих плат із широким-широкий спектр застосувань у складних смартфонах, різних переносних пристроях і автомобільних системах.

Паралельний розвиток електроніки, що розтягується

За збігом обставин на початку 2017 року дослідницька група з Університету науки і технологій Міссурі здійснила прорив у спорідненій галузі. Дослідники успішно інтегрували гнучкі підкладки з жорсткими провідними матеріалами — поєднання принципово різних властивостей матеріалу — за допомогою техніки під назвою «прямий аерозольний друк». Процес включає розпилення провідного матеріалу на розтягнуту підкладку для створення датчиків, які можна розмістити на шкірі..

Еластичні поверхні можна багаторазово скручувати, розтягувати та згинати, що дозволяє виготовляти гнучкі та розтягувані електронні вироби практично без впливу на продуктивність. Доктор Хенг Пан, доцент кафедри механічної та аерокосмічної інженерії в Міссурі С&Т і Ко-автор дослідницької статті зазначив, що адитивне виробництво пропонує економічне рішення для подолання невідповідності між гнучкими еластомерними основами та крихкими електронними провідниками. «Прямий друк, як метод адитивного виробництва, задовольнив би такі вимоги та запропонував би низьку вартість і високу швидкість як у створенні прототипів, так і у виробництві», — пишуть дослідники..

Дорога вперед

За попитом менша форма-Фактор електроніки продовжує зростати, управління теплом тільки зростатиме. Графітові матеріали — з їх винятковою ін-плоска теплопровідність і сумісність із передовими технологіями виробництва, такими як 3D-друк — позиціонуються, щоб очолити наступну революцію в надійності електроніки.

Конвергенція технології графітової підкладки з адитивним виробництвом означає зміну парадигми проектування та виробництва електронних схем. Від складних телефонів до медичних носіїв і автомобільних систем, ера гнучкої, розтяжної та термічно оптимізованої електроніки вже не є далекою обіцянкою — він уже формується на виробничих лініях і в дослідницьких лабораторіях по всьому світу.