Khi các thiết bị điện tử tiếp tục thunhỏ kích thước trong khi sức mạnh xử lýngày càng tăng, quản lýnhiệt đãnổi lênnhư một trongnhững thách thức quan trọngnhất trong thiết kế điện tử hiện đại. Giờ đây, một bước đột phá từ GrafTech International Holdings Inc. đang giải quyết thách thứcnày-trên—sử dụng côngnghệ in 3D để tạo ra các bảng mạch linh hoạt với chấtnền than chì giúp cải thiện đáng kể khảnăng tảnnhiệt cho hiệu suất cao-đèn LEDnguồn vànhiệt khác-tạo thành phần.

Thử thách quản lýnhiệt

Trong các thiết bị điện tửngàynay,nhiệt độ là kẻ thù của hiệu suất và độ tin cậy. Bộ vi xử lý, mạch tích hợp và các linh kiện điện tử phức tạp khác thường chỉ hoạt động hiệu quả trongngưỡngnhiệt độ cụ thể. Khi các thành phầnnày tạo ranhiệt quá mức trong quá trình hoạt động,nó không chỉ làm giảm hiệu suất của chính chúng mà còn làm giảm độ tin cậy của toàn bộ hệ thống.—và thậm chí có thể dẫn đến lỗi hệ thống hoàn toàn.

Tiền đặt cược đặc biệt cao chonhữngngười chơi cao-đèn LEDnguồn. Khi cácnhà sản xuất liên tục thúc đẩy màn hình sáng hơn vànhiều giải pháp chiếu sáng rực rỡ hơn, đèn LED đang tiêu thụ lượng điệnnăngngày càng tăng. Trên thực tế, khoảng 70 đến 85 phần trămnăng lượng đầu vào mà đèn LED tiêu thụ được chuyển thànhnhiệt chứ không phải ánh sáng.. Lượngnhiệtnày gây bất lợi cho hoạt động của đèn LED vànếu không được quản lý đúng cách, có thể rútngắn đáng kể tuổi thọ của thiết bị và ảnh hưởng đến hiệu suất..

Độ tin cậy của thiết bị bán dẫn cải thiện đáng kể khinhiệt độ hoạt động thấp hơn-. Cácnghiên cứu đã chỉ ra rằng thậm chí 10°Nhiệt độ tăng C có thể giảm mộtnửa tuổi thọ hoạt động của thiết bị. Đối với cácnhà thiết kế, việc kiểm soátnhiệt độ vận hành là điều cần thiết để tối đa hóa tuổi thọ và độ tin cậy của linh kiện..

Giải pháp mới lạ: 3D-Bảng mạch than chì linh hoạt in

GrafTech, công ty hàng đầu thế giới về các sản phẩm than chì và carbon-, đã phát triển một cách tiếp cận sáng tạo để quản lýnhiệt. Sử dụng côngnghệ in 3D, công ty đã phát minh ra bảng mạch dẻo với chấtnền than chì dẻo. Thông qua in 3D, các lớp điện môi và lớp dẫn điện—cùng với các linh kiện điện tử bổ sung—được in trực tiếp lên ma trận than chì linh hoạt.

Cấu trúc đơn giảnnhưng hiệu quả cao: một lớp điện môi được hình thành trên bề mặt của chấtnền than chì dẻo và sau đó một lớp dẫn điện được hình thành trên bề mặt của chất điện môi.. Lớp dẫn điện—có thể bao gồm bạc, đồng hoặcnhôm hoặc được sử dụngnhư một lớp dày-dán dây dẫn phim—tạo thành mạch điện. Lớp dẫn điện có thể được áp dụng bằngnhiều kỹ thuật in khácnhau, bao gồm in lụa hoặc in 3D.

Hiệu suấtnhiệt vượt trội

Chìa khóa của côngnghệnàynằm ở chấtnền than chì. Than chì linh hoạt cung cấp đặc biệt cao-độ dẫnnhiệt phẳng—thường dao động từ 300 đến 1.500 W/tôi·K-. Điềunày cho phépnhiệt lan truyềnnhanh chóng và hiệu quả trên bề mặt đế, di chuyểnnhiệt ra khỏi các điểmnóng và phân phối trên diện tích lớn hơn để tảnnhiệt hiệu quả hơn.

Kết quả là một bảng mạch có khảnăng làm mátnhiệt hiệu quả-tạo ra các thành phần mà không làm hỏng các bộ phận lân cận. Điềunày đặc biệt có giá trị đối với cao-đèn LEDnguồn,nơinhiệt tập trung tại điểmnối đèn LED có thểnhanh chóng làm giảm hiệu suất và rútngắn tuổi thọ. Bằng cách gắn đèn LED trực tiếp lên đế than chì dẻo,nhiệt sẽnhanh chóng được dẫn ra khỏi ánh sáng-phát ra các thành phần, cải thiện cả khảnăng làm mát và độ tin cậy của thiết bị tổng thể.

Linh hoạt mà không thỏa hiệp

Có lẽ ấn tượngnhất là bảng mạch than chì dẻo duy trì được đặc tính linh hoạt tuyệt vời đồng thời mang lại hiệu suấtnhiệt vượt trội. Bảng mạch có thể bị uốn cong, uốn cong hoặc bị biến dạng so với cấu hình phẳng mà không ảnh hưởng tiêu cực đến hiệu suất củanónhư một bảng mạch.

Trong thực tế, điềunày cónghĩa là bán kính uốn cong đặc biệt: bảng mạch dày 0,5 mm có thể đạt bán kính uốn cong khoảng 6,0 mm, trong khi bảng dày 0,25 mm có thể uốn cong đến bán kính khoảng 3,0 mm. Tính linh hoạtnày mở ranhững khảnăng hoàn toàn mới cho thiết kế điện tử.

Ứng dụng rộng rãi và tiềmnăng trong tương lai

Ýnghĩa của côngnghệnày vượt xa ánh sáng LED. Bằng sáng chế của GrafTech cho côngnghệnày—được cấp Bằng sáng chế Hoa Kỳ số 9.546.763 vàongày 17 tháng 1năm 2017—đưa công ty đi đầu trong lĩnh vực sản xuất thiết bị điện tử linh hoạt. Các thiết bị điện tử linh hoạt, có thể uốn cong có tiềmnăng trở thành giải pháp thay thế khả thi cho các bảng mạch in cứng truyền thống, với các ứng dụng trải rộng trên điện thoại thông minh có thể gập lại, thiết bị đeo được, hệ thống ô tô, v.v..

Côngnghệnày đã được áp dụng cho các thiết bị hiển thị, trong đó đèn LED-các bộ phận phát ra được gắn vào bảng mạch linh hoạt với chấtnền than chì để quản lýnhiệt sinh ra bởi màn hìnhngày càng sáng.

Nhìn về phía trước

Khi các thiết bị điện tử tiếp tục phát triển theo hướng có kiểu dángnhỏ hơn và hiệu suất cao hơn, việc quản lýnhiệt hiệu quả sẽngày càng trởnên quan trọng. 3D của GrafTech-bảng mạch than chì linh hoạt được in đại diện cho một bước tiến đáng kể—kết hợp các ưu điểm vềnhiệt của than chì với khảnăng tự do thiết kế của chấtnền linh hoạt và hiệu quả sản xuất của in 3D.

Dành chonhà thiết kế cao cấp-hệ thống đèn LEDnguồn, màn hình và các thiết bị tiếp theo-thế hệ điện tử linh hoạt, côngnghệnày cung cấp một giải pháp hấp dẫn cho một trongnhững thách thức dai dẳngnhất củangành: giữ cho các bộ phận mạnh mẽ luôn mát mà không làm mất đi tính linh hoạt vànhỏ gọn mà các thiết bị hiện đại yêu cầu.