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 chất bán dẫn. Bộ vi xử lý, mạch tích hợp và các linh kiện điện tử phức tạp khác thường chỉ hoạt động hiệu quả trong phạm vinhiệt độngưỡng 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 trong trường hợpnghiêm trọng, có thể dẫn đến lỗi hệ thống hoàn toàn.

Đối với cácnhà thiết kế, việc kiểm soátnhiệt độ hoạt động là điều tối quan trọng. Ngay cả việc giảmnhiệt độ hoạt động ở mức khiêm tốn của một thiết bị bán dẫn silicon điển hình cũng mang lạinhững cải thiện đáng kể về cả độ tin cậy và tuổi thọ sản phẩm.. Như mộtnhà quan sát trongngành đã lưu ý, "việc quản lýnhiệt hiệu quả là rất quan trọng đối với-thiết bị điện, vìnhiệt độ quá cao có thể làm giảm hiệu suất và độ tin cậy của chúng".

Giải pháp than chì

Nhập than chì — một vật liệu đangnhanh chóng trở thànhnền tảng của thế hệ tiếp theo-giải pháp quản lýnhiệt thế hệ. Thị trường vật liệu màngnhiệt hiện bị thống trị bởi ba loại: màngnhiệt than chì tựnhiên, màngnhiệt than chìnhân tạo và màngnano-màngnhiệt carbon. Các công ty dẫn đầu trong mỗi hạng mục lần lượt là GrafTech (Hoa Kỳ), Panasonic (Nhật Bản)và SKC (Hàn Quốc).

GrafTech, được coi là công ty dẫn đầu toàn cầu về các sản phẩm than chì kỹ thuật và màng dẫnnhiệt cao,nắm giữ danh mục bằng sáng chế đáng kể về xử lý màng than chì và phục vụ các OEM lớn trong các giải pháp làm mát điện thoại thông minh, điện tử công suất và bộ pin xe điện. Công ty đi tiên phong trong việc sử dụng các tấm hạt than chì giãnnởnén để giải quyết các thách thức vềnhiệt và thị trường sử dụng vật liệunày trong quản lýnhiệt sản phẩm điện tử.

In 3D đáp ứng chấtnền than chì

Ngàynay, bằng cách sử dụng côngnghệ in 3D, GrafTech đã phát minh ra một bảng mạch linh hoạt có chấtnền than chì dẻo-. Bằng cách in các lớp điện môi, lớp dẫn điện và các linh kiện điện tử bổ sung lên ma trận than chì dẻo, công ty đã tạo ra một giải pháp giúp truyềnnhiệt ra khỏi các bộ phận một cách hiệu quả mà không làm hỏng các bộ phận lân cận. Bảng mạch linh hoạt bao gồm một lớp điện môi được hình thành trên bề mặt của đế than chì dẻo và một lớp dẫn điện được hình thành trên bề mặt của chất điện môi.. Mức cao trong-Độ dẫnnhiệt phẳng của chấtnền than chì giúp tăng cường khảnăng truyềnnhiệt, di chuyểnnhiệt ra khỏi các linh kiện điện tử một cách hiệu quả để cải thiện khảnăng làm mát.

Sự đổi mớinày có ýnghĩa sâu sắc đối với việc thunhỏ và làm mỏng các thiết bị điện tửnhư điện thoại thông minh, máy tính xách tay và thiết bị phẳng.-tivi bảng điều khiển. Bảng mạch linh hoạt có thể hỗ trợ ánh sáng-điốt phát xạ (đèn LED) — một ứng dụng đặc biệt quan trọng khi cácnhà sản xuất liên tục tăng độ sáng màn hình, khiến mức tiêu thụ điệnnăng của đèn LED cao hơn và do đó sinhnhiệtnhiều hơn gây bất lợi cho hoạt động của LCD.

Bằng sáng chế và ứng dụng trong tương lai

Danh mục bằng sáng chế của GrafTech trong lĩnh vựcnày bao gồm WO2016015032A1 ("Bảng mạch linh hoạt cónền than chì và cách bố trí mạch sử dụng giốngnhau") và các hồ sơ liên quan. Việc phê duyệt các bằng sáng chếnày giúp tăng cường đáng kể khảnăng của GrafTech trong việc chế tạo các thiết bị điện tử trên các vật liệu linh hoạt có thể xoắn, kéo dài hoặc uốn congnhiều lần.

Các thiết bị điện tử linh hoạt và có thể uốn cong đang sẵn sàng trở thành sự thay thế tiềmnăng cho các bảng mạch in hiện tại, với phạm vi rộng.-các ứng dụng khácnhau trong điện thoại thông minh có thể gập lại, các thiết bị đeo khácnhau và hệ thống ô tô.

Sự phát triển song song trong lĩnh vực điện tử có thể kéo dãn

Thật trùng hợp, vào đầunăm 2017,nhómnghiên cứu của Đại học Khoa học và Côngnghệ Missouri đã đạt được bước đột phá trong lĩnh vực liên quan. Cácnhànghiên cứu đã tích hợp thành công chấtnền linh hoạt với vật liệu dẫn điện cứng — kết hợp các đặc tính vật liệu cơ bản khácnhau — sử dụng một kỹ thuật gọi là "in khí dung trực tiếp". Quá trìnhnày bao gồm việc phun vật liệu dẫn điện lên chấtnền có thể co giãn để phát triển các cảm biến có thể đặt trên da..

Các bề mặt đàn hồi có thể được xoắn, kéo căng và uốn congnhiều lần, cho phép sản xuất các sản phẩm điện tử có thể uốn cong và co dãn mà hầunhư không ảnh hưởng đến hiệu suất. Tiến sĩ Heng Pan, Trợ lý Giáo sư về kỹ thuật cơ khí và hàng không vũ trụ tại Missouri S&T và đồngnghiệp-tác giả của bàinghiên cứu, lưu ý rằng sản xuất bồi đắp mang lại một giải pháp kinh tế để khắc phục sự không phù hợp giữa đế đàn hồi linh hoạt và dây dẫn điện tử giòn. Cácnhànghiên cứu viết: “In trực tiếp,như một phương pháp sản xuất bồi đắp, sẽ đáp ứng các yêu cầu đó và mang lại chi phí thấp cũngnhư tốc độ cao trong cảnguyên mẫu và sản xuất”..

Con đường phía trước

Theonhu cầu, hình thứcnhỏ hơn-yếu tố điện tử tiếp tục phát triển, quản lýnhiệt sẽngày càng trởnên quan trọng. Vật liệu than chì — với sự đặc biệt của họ trong-độ dẫnnhiệt phẳng và khảnăng tương thích với các kỹ thuật sản xuất tiên tiếnnhư in 3D — được định vị để dẫn đầu cuộc cách mạng tiếp theo về độ tin cậy điện tử.

Sự hội tụ của côngnghệ chấtnền than chì với côngnghệ sản xuất bồi đắp thể hiện sự thay đổi mô hình trong cách thiết kế và sản xuất các mạch điện tử. Từ điện thoại có thể gập lại, thiết bị đeo y tế cho đến hệ thống ô tô, kỷnguyên của thiết bị điện tử linh hoạt, có thể kéo dài và tối ưu hóanhiệt không còn là một lời hứa xa vờinữa —nó đã được hình thành trên dây chuyền sản xuất và trong các phòng thínghiệmnghiên cứu trên khắp thế giới.