In einer bahnbrechenden Entwicklung für die Elektronikfertigungsindustrie GrafTech International Holdings Inc. hat sich ein entscheidendes Patent für eine flexible Leiterplatte gesichert, die mithilfe fortschrittlicher 3D-Drucktechniken auf einem Graphitsubstrat hergestellt wird. Die patentierte Technologie—offiziell unter Patentveröffentlichung benannt WO2016015032A1 und damit verbundene US-Anmeldungen, einschließlich US9546763—positioniert das Unternehmen an der Spitze des sich schnell entwickelnden flexiblen und faltbaren Elektroniksektors.

Mit einem Gesamtportfolio von 364 Patentanmeldungen und a 500% Anstieg der IP-Aktivität, GrafTech hat ein aggressives Engagement für Innovationen im Graphitbereich gezeigt-basierte Materialwissenschaft-1-. Dieneu patentierte Erfindung stellt einen bedeutenden Fortschritt dar: eine flexible Leiterplatte mit einem flexiblen Graphitsubstrat, auf dem dielektrische Schichten und elektrisch leitfähige Schichten aufgebracht sind—und in einigen Ausführungsformen werden zusätzliche elektronische Komponenten direkt gedruckt—verwenden 3D-Additive Fertigung.

Die Herausforderung des Wärmemanagements

Die Innovation adressiert eine der hartnäckigsten Herausforderungen im modernen Elektronikdesign: Wärmeableitung. Da elektronische Geräte immer kompakter und leistungsfähiger werden, muss die thermische Leistung von Komponenten wie Mikroprozessoren, integrierten Schaltkreisen usw. verwaltet werden-Leistungsoptischen Geräten ist kritisch geworden. Diese Komponenten arbeitennur innerhalb bestimmter Grenztemperaturen effektiv. Wenn sich während des Betriebs übermäßige Hitze ansammelt, beeinträchtigt diesnichtnur die Leistung der Komponenten, sondern verringert auch die Zuverlässigkeit des Gesamtsystems und kann sogar zu einem katastrophalen Ausfall führen.

Für alle 10°Durch die Reduzierung der Betriebstemperatur eines typischen Silizium-Halbleiterbauelements verdoppelt sich die Zuverlässigkeit etwa und die Lebensdauer des Produkts verlängert sich erheblich. Dieses Grundprinzip des Elektronikdesigns hat die Hersteller dazu veranlasst, immer weiter zu suchen-mehr-effektive Wärmemanagementlösungen.

Wie die Technologie funktioniert

Die patentierte flexible Leiterplatte besteht aus drei wesentlichen Schichten:

1. Ein flexibles Graphitsubstrat – Bereitstellung außergewöhnlicher Leistungen-ebene Wärmeleitfähigkeit für eine effiziente Wärmeverteilung

2. Eine dielektrische Schicht – zur elektrischen Isolierung auf der Oberfläche des Graphitsubstrats gebildet

3. Eine elektrisch leitfähige Schicht – auf die dielektrische Schicht aufgetragen, um den eigentlichen Stromkreis zu bilden

Die leitfähige Schicht kann aus folgenden Materialien hergestellt werden: Silber, Kupfer oder Aluminiumund kann als Leiterpaste oder Metallfolie mit Techniken wie aufgetragen werden Siebdruck oder 3D-Druck. Die resultierende Leiterplatte behält die gleichen Biegeeigenschaften wie die Graphitplatte selbst und erreicht so Biegeradien vonnur 3,0 mm für eine 0,25 mm dicke Platte und 6,0 mm für eine 0,5 mm dicke Platte—ohne die strukturelle Integrität oder elektrische Leistung zu beeinträchtigen.

Dadurch lässt sich die Leiterplatte flexibel gestalten gebogen, verdreht oder wiederholt gebogen aus einer planaren Konfiguration ohnenegative Auswirkungen auf seine Funktion als Leiterplatte—Eine Fähigkeit, die völligneue Möglichkeiten für das Produktdesign eröffnet.

Branchenübergreifende Anwendungen

Die Technik ist besonders gut-Geeignet für Anwendungen, bei denen Wärmeableitung und räumliche Beschränkungen stehen im Vordergrund:

• LED-Beleuchtung und Displays: Da die Hersteller die Displayhelligkeit erhöhen, verbrauchen LEDs mehr Strom und erzeugen mehr Wärme. Die flexiblen Graphitleiterplatten von GrafTech können LEDs unterstützen und gleichzeitig Wärme ableiten—ein entscheidender Vorteil fürnext-Generation von LCD-Displays.

• Smartphones und Tablets: Der Trend zu dünneren, leichteren Geräten mit höherer Rechenleistung macht ein effektives Wärmemanagement unerlässlich. GrafTechs SPREADERSHIELD™ Produktlinie, die bereits in Smartphone-Kühllösungen zum Einsatz kommt, zeigt die etablierte Präsenz des Unternehmens auf diesem Markt.

• Faltbare Smartphones: Die vielleicht aufregendste Anwendung liegt in der aufstrebenden Kategorie der faltbaren Geräte. Flexibler Graphit-basierte Leiterplatten könnten als dienen potenzieller Ersatz für herkömmliche starre Leiterplatten in Geräten, die wiederholtes Auf- und Abklappen überstehen müssen.

• Tragbare Elektronik: Von Smartwatches bis hin zu Gesundheitsüberwachungsgeräten erfordern Wearables flexible, langlebige und thermisch effiziente Schaltkreise.

• Automobilsysteme: In-Fahrzeugelektronik—insbesondere solche in Elektrofahrzeugen und fortgeschrittenen Fahrern-Assistenzsysteme—erfordern ein robustes Wärmemanagement auf engstem Raum.

Ein breiterer Branchentrend

GrafTech istnicht der Einzige, der flexible Elektronik durch additive Fertigung vorantreibt. Anfang 2017 haben Forscher von Missouri Universität für Wissenschaft und Technologie demonstrierte eine direkte Aerosoldrucktechnik, die flexible Substrate mit starren leitfähigen Materialien integriert. Die mit dieser Methode hergestellten elastischen Oberflächen können praktisch ohne Leistungseinbußen wiederholt verdreht, gedehnt und gebogen werden—Dies spiegelt die Kernprinzipien von GrafTechs Graphit wider-basierte Ansatz.

Strategische Implikationen

Die Genehmigung dieses Patents stärkt die Position von GrafTech im schnell wachsenden Markt flexible Hybridelektronik (FHE) Markt-. Als anerkannter weltweiter Marktführer für technische Graphitprodukte und Folien mit hoher Wärmeleitfähigkeit beliefert das Unternehmen große OEMs in den Bereichen Leistungselektronik, Batteriesätze für Elektrofahrzeuge und Unterhaltungselektronik.

Das Patentportfolio—Dazu gehören verwandte Einreichungen wie z US2016096736A1 (transparente leitfähige Artikel) und WO2016094150A1 (flexible Trägerstrukturen aus Graphitplatten)—bietet einen umfassenden Schutzwall für geistiges Eigentum rund um die flexible Graphittechnologie von GrafTech.

Blicknach vorn

Während die Elektronikindustrie ihren Weg in Richtung fortsetzt kleinere Formfaktoren, höhere Leistungsdichten und beispiellose Flexibilität, GrafTechs patentiertes 3D-Gedruckte flexible Graphitleiterplatten bieten eine überzeugende Lösung. Durch die Kombination der außergewöhnliche Wärmeleitfähigkeit von Graphit mit dem Designfreiheit der additiven FertigungDie Technologie erfüllt sowohl die heutigen Herausforderungen des Wärmemanagements als auch die Form-Faktorbeschränkungen von morgen.

Für Entwickler von Smartphones, Wearables, Automobilsystemen und darüber hinaus ist die Botschaft klar: Die Ära der flexiblen, thermisch intelligenten Elektronik ist angebrochen—und GrafTech ist führend.