Σε μια εξέλιξη ορόσημο για τη βιομηχανία παραγωγής ηλεκτρονικών, GrafTech International Holdings Inc. έχει εξασφαλίσει ένα βασικό δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για μια εύκαμπτη πλακέτα κυκλώματος κατασκευασμένη σε υπόστρωμα γραφίτη χρησιμοποιώντας προηγμένες τεχνικές 3D εκτύπωσης. Η πατενταρισμένη τεχνολογία—ορίζεται επίσημα υπό δημοσίευση διπλώματος ευρεσιτεχνίας WO2016015032A1 και σχετικές καταθέσεις των ΗΠΑ, συμπεριλαμβανομένων US9546763—τοποθετεί την εταιρεία στην πρώτη γραμμή του ταχέως εξελισσόμενου τομέα των ευέλικτων και αναδιπλούμενων ηλεκτρονικών.

Με συνολικό χαρτοφυλάκιο 364 αιτήσεις για διπλώματα ευρεσιτεχνίας και α 500% αύξηση της δραστηριότητας IP, η GrafTech έχει επιδείξει μια επιθετική δέσμευση στην καινοτομία στον γραφίτη-βασισμένη στην επιστήμη των υλικών-1-. Η πρόσφατα κατοχυρωμένη με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας εφεύρεση αντιπροσωπεύει ένα σημαντικό άλμα προς τα εμπρός: μια εύκαμπτη πλακέτα κυκλώματος που διαθέτει ένα εύκαμπτο υπόστρωμα γραφίτη, πάνω στο οποίο εφαρμόζονται διηλεκτρικά στρώματα και ηλεκτρικά αγώγιμα στρώματα—και σε ορισμένες εφαρμογές, επιπλέον ηλεκτρονικά εξαρτήματα εκτυπώνονται απευθείας—χρησιμοποιώντας Κατασκευή τρισδιάστατων πρόσθετων.

Η πρόκληση της θερμικής διαχείρισης

Η καινοτομία αντιμετωπίζει μια από τις πιο επίμονες προκλήσεις στον σύγχρονο σχεδιασμό ηλεκτρονικών: απαγωγή θερμότητας. Καθώς οι ηλεκτρονικές συσκευές γίνονται όλο και πιο συμπαγείς και ισχυρές, διαχειρίζονται τη θερμική απόδοση εξαρτημάτων όπως μικροεπεξεργαστές, ολοκληρωμένα κυκλώματα και υψηλή-οι οπτικές συσκευές ισχύος έχουν γίνει κρίσιμες. Αυτά τα εξαρτήματα λειτουργούν αποτελεσματικά μόνο σε συγκεκριμένες θερμοκρασίες κατωφλίου. Όταν συσσωρεύεται υπερβολική θερμότητα κατά τη λειτουργία, όχι μόνο υποβαθμίζει την απόδοση των εξαρτημάτων, αλλά μειώνει επίσης τη συνολική αξιοπιστία του συστήματος και μπορεί ακόμη και να οδηγήσει σε καταστροφική αστοχία.

Για κάθε 10°Μείωση C στη θερμοκρασία λειτουργίας μιας τυπικής συσκευής ημιαγωγών πυριτίου, η αξιοπιστία διπλασιάζεται περίπου και η διάρκεια ζωής του προϊόντος επεκτείνεται σημαντικά. Αυτή η θεμελιώδης αρχή του σχεδιασμού των ηλεκτρονικών έχει οδηγήσει τους κατασκευαστές να αναζητούν πάντα-περισσότερα-αποτελεσματικές λύσεις διαχείρισης θερμότητας.

Πώς λειτουργεί η τεχνολογία

Η πατενταρισμένη εύκαμπτη πλακέτα κυκλώματος περιλαμβάνει τρία βασικά στρώματα:

1. Ένα εύκαμπτο υπόστρωμα γραφίτη – παρέχοντας εξαιρετικές σε-Επίπεδη θερμική αγωγιμότητα για αποτελεσματική διάδοση θερμότητας

2. Ένα διηλεκτρικό στρώμα – που σχηματίζεται στην επιφάνεια του υποστρώματος γραφίτη για ηλεκτρική μόνωση

3. Ένα ηλεκτρικά αγώγιμο στρώμα – εφαρμόζεται πάνω στο διηλεκτρικό στρώμα για να σχηματίσει το πραγματικό ηλεκτρικό κύκλωμα

Το αγώγιμο στρώμα μπορεί να κατασκευαστεί από υλικά συμπεριλαμβανομένων ασήμι, χαλκό ή αλουμίνιο, και μπορεί να εφαρμοστεί ως πάστα αγωγού ή μεταλλικό φύλλο χρησιμοποιώντας τεχνικές όπως π.χ μεταξοτυπία ή τρισδιάστατη εκτύπωση. Η πλακέτα κυκλώματος που προκύπτει διατηρεί τα ίδια χαρακτηριστικά κάμψης με το ίδιο το φύλλο γραφίτη, κάτι που το επιτυγχάνει λυγίστε ακτίνες τόσο σφιχτές όσο 3,0 mm για σανίδα πάχους 0,25 mm και 6,0 mm για σανίδα πάχους 0,5 mm—χωρίς να διακυβεύεται η δομική ακεραιότητα ή η ηλεκτρική απόδοση.

Αυτό σημαίνει ότι η ευέλικτη πλακέτα κυκλώματος μπορεί να είναι λυγισμένο, στριμμένο ή επανειλημμένα λυγισμένο από επίπεδη διαμόρφωση χωρίς αρνητικές επιπτώσεις στη λειτουργία του ως πλακέτα κυκλώματος—μια ικανότητα που ανοίγει εντελώς νέες δυνατότητες για το σχεδιασμό προϊόντων.

Εφαρμογές σε όλες τις βιομηχανίες

Η τεχνολογία είναι ιδιαίτερα καλή-κατάλληλο για εφαρμογές όπου απαγωγή θερμότητας και χωρικούς περιορισμούς είναι υψίστης σημασίας:

• Φωτισμός και οθόνες LED: Καθώς οι κατασκευαστές αυξάνουν τη φωτεινότητα της οθόνης, τα LED καταναλώνουν περισσότερη ενέργεια και παράγουν περισσότερη θερμότητα. Οι εύκαμπτες πλακέτες κυκλωμάτων γραφίτη της GrafTech μπορούν να υποστηρίξουν LED ενώ ταυτόχρονα διαχέουν τη θερμότητα—ένα κρίσιμο πλεονέκτημα για το επόμενο-οθόνες LCD γενιάς.

• Smartphones και Tablets: Η ώθηση προς πιο λεπτές, ελαφρύτερες συσκευές με υψηλότερη ισχύ επεξεργασίας καθιστά απαραίτητη την αποτελεσματική θερμική διαχείριση. GrafTech's SPRADDERSHIELD™ Η σειρά προϊόντων, που έχει ήδη αναπτυχθεί σε λύσεις ψύξης smartphone, καταδεικνύει την καθιερωμένη παρουσία της εταιρείας σε αυτήν την αγορά.

• Πτυσσόμενα Smartphone: Ίσως η πιο συναρπαστική εφαρμογή βρίσκεται στην κατηγορία των αναδυόμενων αναδιπλούμενων συσκευών. Εύκαμπτος γραφίτης-βασισμένες πλακέτες κυκλωμάτων θα μπορούσαν να χρησιμεύσουν ως α πιθανή αντικατάσταση για τα παραδοσιακά άκαμπτα PCB σε συσκευές που πρέπει να αντέχουν το επαναλαμβανόμενο δίπλωμα και ξεδίπλωμα.

• Φορητά Ηλεκτρονικά: Από έξυπνα ρολόγια έως συσκευές παρακολούθησης της υγείας, τα φορητά απαιτούν ευέλικτα, ανθεκτικά και θερμικά αποδοτικά κυκλώματα.

• Συστήματα Αυτοκινήτων: Μέσα-ηλεκτρονικά οχημάτων—ιδιαίτερα εκείνων των ηλεκτρικών οχημάτων και προχωρημένου οδηγού-συστήματα βοήθειας—απαιτούν ισχυρή θερμική διαχείριση σε περιορισμένους χώρους.

Μια ευρύτερη βιομηχανική τάση

Η GrafTech δεν είναι η μόνη που επιδιώκει τα ευέλικτα ηλεκτρονικά μέσα από την κατασκευή προσθέτων. Στις αρχές του 2017, οι ερευνητές στο Πανεπιστήμιο Επιστήμης και Τεχνολογίας του Μιζούρι επέδειξε μια τεχνική άμεσης εκτύπωσης αεροζόλ που ενσωματώνει εύκαμπτα υποστρώματα με άκαμπτα αγώγιμα υλικά. Οι ελαστικές επιφάνειες που παράγονται μέσω αυτής της μεθόδου μπορούν επανειλημμένα να συστραφούν, να τεντωθούν και να λυγίσουν χωρίς ουσιαστικά καμία υποβάθμιση της απόδοσης—απηχώντας τις βασικές αρχές του γραφίτη της GrafTech-βασισμένη προσέγγιση.

Στρατηγικές Επιπτώσεις

Η έγκριση αυτού του διπλώματος ευρεσιτεχνίας ενισχύει τη θέση της GrafTech στην ταχέως αναπτυσσόμενη ευέλικτα υβριδικά ηλεκτρονικά (FHE) αγορά-. Ως αναγνωρισμένος παγκόσμιος ηγέτης στα κατασκευασμένα προϊόντα γραφίτη και τα φιλμ υψηλής θερμικής αγωγιμότητας, η εταιρεία εξυπηρετεί σημαντικούς κατασκευαστές OEM σε ηλεκτρονικά είδη ισχύος, πακέτα μπαταριών ηλεκτρικών οχημάτων και ηλεκτρονικά είδη ευρείας κατανάλωσης.

Το χαρτοφυλάκιο διπλωμάτων ευρεσιτεχνίας—που περιλαμβάνει σχετικές καταθέσεις όπως US2016096736A1 (διαφανή αγώγιμα αντικείμενα) και WO2016094150A1 (εύκαμπτες δομές στήριξης φύλλου γραφίτη)—παρέχει μια ολοκληρωμένη τάφρο πνευματικής ιδιοκτησίας γύρω από την ευέλικτη τεχνολογία γραφίτη της GrafTech.

Κοιτάζοντας Μπροστά

Καθώς η βιομηχανία ηλεκτρονικών συνεχίζει την πορεία της προς μικρότεροι συντελεστές μορφής, υψηλότερες πυκνότητες ισχύος και άνευ προηγουμένου ευελιξία, το πατενταρισμένο 3D της GrafTech-Οι τυπωμένες εύκαμπτες πλακέτες κυκλωμάτων γραφίτη προσφέρουν μια συναρπαστική λύση. Συνδυάζοντας το εξαιρετική θερμική αγωγιμότητα του γραφίτη με το Ελευθερία σχεδιασμού για την παραγωγή προσθέτων, η τεχνολογία αντιμετωπίζει τόσο τις σημερινές προκλήσεις θερμικής διαχείρισης όσο και τη μορφή-περιορισμούς παραγόντων του αύριο.

Για τους σχεδιαστές smartphones, φορητών συσκευών, συστημάτων αυτοκινήτου και όχι μόνο, το μήνυμα είναι σαφές: η εποχή των ευέλικτων, θερμικά ευφυών ηλεκτρονικών έχει φτάσει—και η GrafTech πρωτοπορεί.