В забележително развитие за индустрията за производство на електроника, GrafTech International Holdings Inc. осигури основен патент за гъвкава платка, конструирана върху графитен субстрат, използвайки усъвършенствани техники за 3D печат. Патентованата технология—официално обозначен при публикуване на патент WO2016015032A1 и свързани документи в САЩ, включително US9546763—позиционира компанията в челните редици на бързо развиващия се сектор на гъвкава и сгъваема електроника.

С общо портфолио от 364 патентни заявки и а 500% увеличаване на IP активността, GrafTech демонстрира агресивен ангажимент към иновациите в графита-базирана наука за материалите-1-. Ново патентованото изобретение представлява значителен скок напред: гъвкава платка с гъвкав графитен субстрат, върху който са нанесени диелектрични слоеве и електропроводими слоеве—и в някои изпълнения допълнителни електронни компоненти се отпечатват директно—използване 3D адитивно производство.

Предизвикателството за управление на топлината

Иновацията е насочена към едно от най-упоритите предизвикателства в съвременния електронен дизайн: разсейване на топлината. Тъй като електронните устройства стават все по-компактни и мощни, управлението на топлинната мощност на компоненти като микропроцесори, интегрални схеми и високо-мощността на оптичните устройства стана критична. Тези компоненти работят ефективно само в рамките на определени прагови температури. Когато се натрупа прекомерна топлина по време на работа, това не само влошава производителността на компонентите, но също така намалява цялостната надеждност на системата и дори може да доведе до катастрофална повреда.

За всеки 10°C намаляване на работната температура на типично силициево полупроводниково устройство, надеждността приблизително се удвоява и животът на продукта се удължава значително. Този основен принцип на дизайна на електрониката кара производителите да търсят винаги-повече-ефективни решения за управление на топлината.

Как работи технологията

Патентованата гъвкава платка се състои от три основни слоя:

1. Гъвкав графитен субстрат – осигуряване на изключителна в-равнинна топлопроводимост за ефективно разпространение на топлината

2. Диелектричен слой – образувани върху повърхността на графитната подложка за електрическа изолация

3. Електропроводим слой – нанесени върху диелектричния слой, за да образуват действителната електрическа верига

Проводимият слой може да бъде произведен от материали, включително сребро, мед или алуминийи може да се прилага като проводяща паста или метално фолио, използвайки техники като напр ситопечат или 3D печат. Получената платка поддържа същите характеристики на огъване като самия графитен лист, постигайки радиуси на огъване до 3,0 mm за дъска с дебелина 0,25 mm и 6,0 mm за дъска с дебелина 0,5 mm—без компромис със структурната цялост или електрически характеристики.

Това означава, че гъвкавата платка може да бъде огънати, усукани или многократно огънати от планарна конфигурация без отрицателно въздействие върху функцията му като платка—способност, която отваря изцяло нови възможности за дизайн на продукта.

Приложения в различни индустрии

Технологията е особено добра-подходящ за приложения, където разсейване на топлината и пространствени ограничения са от първостепенно значение:

• LED осветление и дисплеи: Тъй като производителите увеличават яркостта на дисплея, светодиодите консумират повече енергия и генерират повече топлина. Гъвкавите графитни платки на GrafTech могат да поддържат светодиоди, като същевременно разсейват топлината—критично предимство за следващия-поколение LCD дисплеи.

• Смартфони и таблети: Стремежът към по-тънки, по-леки устройства с по-висока мощност на обработка прави ефективното термично управление от съществено значение. на GrafTech РАЗПЪЛНИТЕЛЕН ЩИТ™ Продуктовата линия, която вече е внедрена в решения за охлаждане на смартфони, демонстрира установеното присъствие на компанията на този пазар.

• Сгъваеми смартфони: Може би най-вълнуващото приложение е в нововъзникващата категория сгъваеми устройства. Гъвкав графит-базирани платки могат да служат като a потенциална замяна на традиционните твърди печатни платки в устройства, които трябва да издържат на многократно сгъване и разгъване.

• Носима електроника: От смарт часовници до устройства за наблюдение на здравето, носимите устройства изискват гъвкави, издръжливи и термично ефективни схеми.

• Автомобилни системи: В-автомобилна електроника—особено тези в електрическите превозни средства и напредналите шофьори-асистиращи системи—изискват стабилно управление на топлината в затворени пространства.

Тенденция в по-широката индустрия

GrafTech не е сам в преследването на гъвкава електроника чрез адитивно производство. В началото на 2017 г. изследователи от Университет за наука и технологии в Мисури демонстрира техника за директен аерозолен печат, която интегрира гъвкави субстрати с твърди проводими материали. Еластичните повърхности, произведени чрез този метод, могат да бъдат многократно усуквани, разтягани и огъвани без почти никакво влошаване на производителността—повтаряйки основните принципи на графита на GrafTech-базиран подход.

Стратегически последици

Одобрението на този патент укрепва позицията на GrafTech в бързо разрастващата се компания гъвкава хибридна електроника (FHE) пазар-. Като признат световен лидер в инженерните графитни продукти и филми с висока топлопроводимост, компанията обслужва големи производители на оригинално оборудване в силова електроника, батерийни пакети за електрически превозни средства и потребителска електроника.

Патентното портфолио—което включва свързани документи, като напр US2016096736A1 (прозрачни проводими изделия) и WO2016094150A1 (гъвкави графитни носещи структури)—осигурява цялостна защита на интелектуалната собственост около гъвкавата графитна технология на GrafTech.

Гледайки напред

Тъй като електронната индустрия продължава своята траектория към по-малки форм-фактори, по-висока плътност на мощността и безпрецедентна гъвкавост, патентовано 3D на GrafTech-Печатните гъвкави графитни платки предлагат убедително решение. Чрез комбиниране на изключителна топлопроводимост на графита с свобода на дизайна на адитивното производство, технологията се справя както с днешните предизвикателства за управление на топлината, така и с формата-факторни ограничения на утрешния ден.

За дизайнерите на смартфони, носими устройства, автомобилни системи и други посланието е ясно: настъпи ерата на гъвкавата, термично интелигентна електроника—и GrafTech е водеща.