I en skelsættende udvikling for elektronikfremstillingsindustrien, GrafTech International Holdings Inc. har sikret et centralt patent på et fleksibelt printkort bygget på et grafitsubstrat ved hjælp af avancerede 3D-printteknikker. Den patenterede teknologi—officielt udpeget under patentpublikation WO2016015032A1 og relaterede amerikanske ansøgninger, herunder US9546763—positionerer virksomheden i spidsen for den hurtigt udviklende fleksible og foldbare elektroniksektor.

Med en samlet portefølje på 364 patentansøgninger og en 500% stigning i IP-aktivitet, GrafTech har vist et aggressivt engagement i innovation inden for grafit-baseret materialevidenskab-1-. Dennyligt patenterede opfindelse repræsenterer et betydeligt spring fremad: et fleksibelt printkort med et fleksibelt grafitsubstrat, hvorpå dielektriske lag og elektrisk ledende lag er påført—og inogle udførelsesformer printes yderligere elektroniske komponenter direkte—bruger 3D additiv fremstilling.

Thermal Management Challenge

Innovationen løser en af de mest vedvarende udfordringer i moderne elektronikdesign: varmeafledning. Efterhånden som elektroniske enheder bliver mere og mere kompakte og kraftfulde, styres det termiske output fra komponenter som mikroprocessorer, integrerede kredsløb og høje-power optiske enheder er blevet kritiske. Disse komponenter fungerer kun effektivt inden for specifikke tærskeltemperaturer. Når overdreven varme akkumuleres under drift, forringer det ikke kun komponentens ydeevne, men reducerer også den overordnede systempålidelighed og kan endda føre til katastrofale fejl.

For hver 10°C reduktion i driftstemperaturen for en typisk siliciumhalvlederenhed, pålideligheden fordobles ca., og produktets levetid forlænges betydeligt. Dette grundlæggende princip for elektronikdesign har fået producenterne til at søgenogensinde-mere-effektive varmestyringsløsninger.

Hvordan teknologien fungerer

Det patenterede fleksible printkort består af tre væsentlige lag:

1. Et fleksibelt grafitsubstrat – giver enestående i-plan termisk ledningsevne for effektiv varmespredning

2. Et dielektrisk lag – dannet på overfladen af grafitsubstratet til elektrisk isolering

3. Et elektrisk ledende lag – påført det dielektriske lag for at danne det faktiske elektriske kredsløb

Det ledende lag kan fremstilles af materialer inkl sølv, kobber eller aluminium, og kan påføres som en lederpasta eller metalfolie ved brug af teknikker som f.eks skærmprint eller 3D-print. Det resulterende printkort bevarer de samme bøjningsegenskaber som selve grafitpladen, hvilket opnår bøj radier så tæt som 3,0 mm for en 0,25 mm tyk plade og 6,0 mm for en 0,5 mm tyk plade—uden at gå på kompromis med strukturel integritet eller elektrisk ydeevne.

Det betyder, at det fleksible printkort kan være bøjet, snoet eller gentagne gange bøjet fra en plan konfiguration udennegativ indvirkning på dens funktion som printplade—en evne, der åbner heltnye muligheder for produktdesign.

Anvendelser på tværs af industrier

Teknologien er særlig god-velegnet til applikationer hvor varmeafledning og rumlige begrænsninger er altafgørende:

• LED belysning og displays: Efterhånden som producenter skubber skærmens lysstyrke højere, bruger LED'er mere strøm og genererer mere varme. GrafTechs fleksible grafitkredsløb kan understøtte LED'er, mens de samtidig spreder varme—en kritisk fordel tilnæste-generation af LCD-skærme.

• Smartphones og tablets: Skubningen mod tyndere, lettere enheder med højere processorkraft gør effektiv termisk styring afgørende. GrafTech's SPREDESKÆRM™ produktlinje, der allerede er implementeret i smartphone-køleløsninger, viser virksomhedens etablerede tilstedeværelse på dette marked.

• Sammenfoldelige smartphones: Den måske mest spændende applikation ligger i kategorien for foldbare enheder. Fleksibel grafit-baseret kredsløbskort kunne tjene som en potentiel erstatning for traditionelle stive PCB'er i enheder, der skal tåle gentagen foldning og udfoldning.

• Bærbar elektronik: Fra smartwatches til sundhedsovervågningsenheder kræver wearables fleksible, holdbare og termisk effektive kredsløb.

• Automotive systemer: I-køretøjets elektronik—især dem i elbiler og avancerede chauffører-assistancesystemer—kræver robust termisk styring i trange rum.

En bredere branchetrend

GrafTech er ikke alene om at forfølge fleksibel elektronik gennem additiv fremstilling. I begyndelsen af 2017 har forskere ved Missouri University of Science and Technology demonstreret en direkte aerosol printteknik, der integrerer fleksible substrater med stive ledende materialer. De elastiske overflader fremstillet ved denne metode kan vrides, strækkes og bøjes gentagne gange uden praktisk taltnogen forringelse af ydeevnen—som gentager kerneprincipperne for GrafTechs grafit-baseret tilgang.

Strategiske implikationer

Godkendelsen af dette patent styrker GrafTechs position i det hastigt ekspanderende fleksibel hybridelektronik (FHE) marked-. Som en anerkendt global leder inden for konstruerede grafitprodukter og film med høj termisk ledningsevne, betjener virksomheden store OEM'er på tværs af kraftelektronik, batteripakker til elektriske køretøjer og forbrugerelektronik.

Patentporteføljen—som omfatter relaterede ansøgninger som f.eks US2016096736A1 (gennemsigtige ledende artikler) og WO2016094150A1 (fleksible grafitpladestøttestrukturer)—giver en omfattende intellektuel ejendomsgrav omkring GrafTechs fleksible grafitteknologi.

Ser fremad

Som elektronikindustrien fortsætter sin bane hen imod mindre formfaktorer, højere effekttætheder og hidtil uset fleksibilitet, GrafTechs patenterede 3D-trykte fleksible grafitprintplader tilbyder en overbevisende løsning. Ved at kombinere enestående termisk ledningsevne af grafit med designfrihed for additiv fremstilling, løser teknologien bådenutidens varmestyringsudfordringer og formen-morgendagens faktorbegrænsninger.

For designere af smartphones, wearables, bilsystemer og mere er budskabet klart: æraen med fleksibel, termisk intelligent elektronik er ankommet—og GrafTech er førende.