في تطور تاريخي لصناعة الإلكترونيات. شركة جراف تك الدولية القابضة حصلت على براءة اختراع محورية للوحة دوائر مرنة مبنية على ركيزة من الجرافيت باستخدام تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد المتقدمة. التكنولوجيا الحاصلة على براءة اختراع—المعينة رسميا بموجب نشر براءات الاختراع WO2016015032A1 والإيداعات الأمريكية ذات الصلة بما في ذلك US9546763—تضع الشركة في طليعة قطاع الإلكترونيات المرنة والقابلة للطي سريع التطور.

مع إجمالي محفظة 364 طلب براءة اختراع و أ 500% زيادة في نشاط الملكية الفكرية، أثبتت GrafTech التزامًا قويًا بالابتكار في الجرافيت-علم المواد على أساس-1-. يمثل الاختراع الحاصل على براءة اختراع حديثًا قفزة كبيرة إلى الأمام: لوحة دوائر مرنة تتميز بركيزة جرافيت مرنة، يتم تطبيق طبقات عازلة وطبقات موصلة للكهرباء عليها—وفي بعض النماذج، تتم طباعة مكونات إلكترونية إضافية مباشرة—باستخدام التصنيع الإضافي ثلاثي الأبعاد.

تحدي الإدارة الحرارية

يعالج الابتكار أحد التحديات الأكثر إلحاحا في تصميم الإلكترونيات الحديثة: تبديد الحرارة. نظرًا لأن الأجهزة الإلكترونية أصبحت مدمجة وقوية بشكل متزايد، فإنها تدير الإخراج الحراري للمكونات مثل المعالجات الدقيقة والدوائر المتكاملة والعالية-أصبحت أجهزة الطاقة الضوئية حاسمة. تعمل هذه المكونات بفعالية فقط ضمن درجات حرارة عتبة محددة. عندما تتراكم الحرارة المفرطة أثناء التشغيل، فإنها لا تؤدي إلى تدهور أداء المكونات فحسب، بل تقلل أيضًا من موثوقية النظام بشكل عام ويمكن أن تؤدي إلى فشل كارثي.

لكل 10°C انخفاض في درجة حرارة التشغيل لجهاز أشباه الموصلات السيليكوني النموذجي، ومضاعفة الموثوقية تقريبًا، وإطالة عمر المنتج بشكل كبير. لقد دفع هذا المبدأ الأساسي لتصميم الإلكترونيات الشركات المصنعة إلى البحث عنه دائمًا-المزيد-حلول الإدارة الحرارية الفعالة.

كيف تعمل التكنولوجيا

تتكون لوحة الدائرة المرنة الحاصلة على براءة اختراع من ثلاث طبقات أساسية:

1. ركيزة جرافيت مرنة – تقديم استثنائي في-الموصلية الحرارية الطائرة لتوزيع الحرارة بكفاءة

2. طبقة عازلة – تشكلت على سطح الركيزة الجرافيت للعزل الكهربائي

3. طبقة موصلة للكهرباء – يتم تطبيقها على الطبقة العازلة لتشكيل الدائرة الكهربائية الفعلية

يمكن تصنيع الطبقة الموصلة من مواد بما في ذلك الفضة أو النحاس أو الألومنيوم، ويمكن تطبيقه كمعجون موصل أو رقائق معدنية باستخدام تقنيات مثل طباعة الشاشة أو الطباعة ثلاثية الأبعاد. تحافظ لوحة الدائرة الناتجة على نفس خصائص الانحناء مثل ورقة الجرافيت نفسها، مما يحقق ذلك ثني نصف قطرها محكم يصل إلى 3.0 مم للوحة بسمك 0.25 مم و 6.0 مم للوحة بسمك 0.5 مم—دون المساس بالسلامة الهيكلية أو الأداء الكهربائي.

وهذا يعني أن لوحة الدائرة المرنة يمكن أن تكون كذلك عازمة أو ملتوية أو مثنيّة بشكل متكرر من التكوين المستوي دون التأثير السلبي على وظيفتها كلوحة دوائر—القدرة التي تفتح إمكانيات جديدة تمامًا لتصميم المنتج.

التطبيقات عبر الصناعات

التكنولوجيا جيدة بشكل خاص-مناسبة للتطبيقات حيث تبديد الحرارة والقيود المكانية ذات أهمية قصوى:

• إضاءة وشاشات LED: نظرًا لأن الشركات المصنعة تدفع سطوع الشاشة إلى أعلى، تستهلك مصابيح LED المزيد من الطاقة وتولد المزيد من الحرارة. يمكن للوحات دوائر الجرافيت المرنة من GrafTech أن تدعم مصابيح LED مع تبديد الحرارة في نفس الوقت—ميزة حاسمة في المرة القادمة-شاشات الجيل LCD.

• الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية: إن التوجه نحو الأجهزة الأرق والأخف وزنًا ذات قوة معالجة أعلى يجعل الإدارة الحرارية الفعالة أمرًا ضروريًا. جراف تك سبيديرشيلد™ ويظهر خط الإنتاج، الذي تم نشره بالفعل في حلول تبريد الهواتف الذكية، الحضور الراسخ للشركة في هذا السوق.

• الهواتف الذكية القابلة للطي: ربما يكمن التطبيق الأكثر إثارة في فئة الأجهزة القابلة للطي الناشئة. الجرافيت المرن-يمكن أن تكون لوحات الدوائر القائمة بمثابة بديل محتمل لمركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور الصلبة التقليدية في الأجهزة التي يجب أن تتحمل الطي والفتح المتكرر.

• الالكترونيات القابلة للارتداء: من الساعات الذكية إلى أجهزة مراقبة الصحة، تتطلب الأجهزة القابلة للارتداء دوائر مرنة ومتينة وفعالة من الناحية الحرارية.

• أنظمة السيارات: في-إلكترونيات السيارة—وخاصة تلك الموجودة في السيارات الكهربائية والسائق المتقدم-أنظمة المساعدة—تتطلب إدارة حرارية قوية في الأماكن الضيقة.

اتجاه صناعة أوسع

GrafTech ليست وحدها في متابعة الإلكترونيات المرنة من خلال التصنيع الإضافي. في أوائل عام 2017، قام الباحثون في جامعة ميسوري للعلوم والتكنولوجيا أظهر تقنية طباعة الهباء الجوي المباشرة التي تدمج ركائز مرنة مع مواد موصلة صلبة. يمكن لف الأسطح المرنة التي يتم إنتاجها من خلال هذه الطريقة بشكل متكرر، وتمديدها، وثنيها دون أي تدهور في الأداء تقريبًا—مرددًا المبادئ الأساسية لجرافيت GrafTech-النهج القائم.

التداعيات الاستراتيجية

إن الموافقة على براءة الاختراع هذه تعزز مكانة GrafTech في التوسع السريع إلكترونيات هجينة مرنة (FHE) السوق-. وباعتبارها شركة رائدة عالميًا معترف بها في منتجات الجرافيت الهندسية وأفلام التوصيل الحراري العالية، تخدم الشركة مصنعي المعدات الأصلية الرئيسيين عبر إلكترونيات الطاقة وحزم بطاريات السيارات الكهربائية والإلكترونيات الاستهلاكية.

محفظة براءات الاختراع—والذي يتضمن الملفات ذات الصلة مثل US2016096736A1 (مواد موصلة شفافة) و WO2016094150A1 (هياكل دعم صفائح الجرافيت المرنة)—يوفر خندقًا شاملاً للملكية الفكرية حول تقنية الجرافيت المرنة من GrafTech.

التطلع إلى الأمام

مع استمرار صناعة الإلكترونيات في مسارها نحو عوامل شكل أصغر وكثافة طاقة أعلى ومرونة غير مسبوقة، براءة اختراع GrafTech ثلاثية الأبعاد-توفر لوحات دوائر الجرافيت المرنة المطبوعة حلاً مقنعًا. من خلال الجمع بين الموصلية الحرارية الاستثنائية للجرافيت مع حرية التصميم للتصنيع الإضافيتعالج التكنولوجيا تحديات الإدارة الحرارية اليوم والشكل-قيود عامل الغد.

بالنسبة لمصممي الهواتف الذكية، والأجهزة القابلة للارتداء، وأنظمة السيارات، وما بعدها، الرسالة واضحة: لقد وصل عصر الإلكترونيات المرنة والذكية حراريًا—وGrafTech تقود الطريق.