In uno sviluppo fondamentale per l’industria manifatturiera elettronica, GrafTech International Holdings Inc. ha ottenuto un brevetto fondamentale per un circuito stampato flessibile costruito su un substrato di grafite utilizzando tecniche avanzate di stampa 3D. La tecnologia brevettata—ufficialmente designatonella pubblicazione del brevetto WO2016015032A1 e relativi documenti depositatinegli Stati Uniti, inclusi US9546763—posiziona l'azienda in prima lineanel settore dell'elettronica flessibile e pieghevole in rapida evoluzione.

Con un portafoglio totale di 364 domande di brevetto e un 500% aumento dell’attività IP, GrafTech ha dimostrato un impegno aggressivo per l'innovazionenel campo della grafite-scienza dei materiali basata-1-. L'invenzione recentemente brevettata rappresenta un significativo passo avanti: un circuito stampato flessibile caratterizzato da un substrato di grafite flessibile, su cui sono applicati strati dielettrici e strati elettricamente conduttivi—e in alcune forme di realizzazione, i componenti elettronici aggiuntivi vengono stampati direttamente—utilizzando Produzione additiva 3D.

La sfida della gestione termica

L’innovazione affronta una delle sfide più persistentinella progettazione elettronica moderna: dissipazione del calore. Man mano che i dispositivi elettronici diventano sempre più compatti e potenti, è possibile gestire la resa termica di componenti come microprocessori, circuiti integrati e altri-i dispositivi ottici di potenza sono diventati critici. Questi componenti funzionano efficacemente solo entro specifiche temperature di soglia. L'accumulo di calore eccessivo durante il funzionamentonon solo degrada le prestazioni dei componenti, ma riduce anche l'affidabilità complessiva del sistema e può persino portare a guasti catastrofici..

Per ogni 10°Riduzione C della temperatura operativa di un tipico dispositivo a semiconduttore in silicio, affidabilità quasi raddoppiata e durata della vita del prodotto estesa in modo significativo. Questo principio fondamentale della progettazione elettronica ha spinto i produttori a cercare sempre di migliorare-di più-soluzioni efficaci di gestione termica.

Come funziona la tecnologia

Il circuito flessibile brevettato comprende tre strati essenziali:

1. Un substrato di grafite flessibile – fornendo eccezionale in-conduttività termica piana per un'efficiente diffusione del calore

2. Uno strato dielettrico – formato sulla superficie del substrato di grafite per l'isolamento elettrico

3. Uno strato elettricamente conduttivo – applicato sullo strato dielettrico per formare il circuito elettrico vero e proprio

Lo strato conduttivo può essere fabbricato con materiali inclusi argento, rame o alluminioe può essere applicato come pasta conduttrice o lamina metallica utilizzando tecniche come serigrafia o stampa 3D. Il circuito risultante mantiene le stesse caratteristiche di flessione del foglio di grafite stesso, ottenendo raggi di curvatura fino a 3,0 mm per una tavola di 0,25 mm di spessore e 6,0 mm per un pannello di spessore 0,5 mm—senza compromettere l'integrità strutturale o le prestazioni elettriche.

Ciò significa che il circuito flessibile può essere piegato, attorcigliato o ripetutamente flesso da una configurazione planare senza impattonegativo sulla sua funzione di circuito—una capacità che apre possibilità completamentenuove per la progettazione del prodotto.

Applicazioni in tutti i settori

La tecnologia è particolarmente buona-adatto alle applicazioni in cui dissipazione del calore e vincoli spaziali sono fondamentali:

• Illuminazione e display a LED: Poiché i produttori spingono verso l'alto la luminosità del display, i LED consumano più energia e generano più calore. I circuiti stampati flessibili in grafite di GrafTech possono supportare i LED e allo stesso tempo dissipare il calore—un vantaggio fondamentale per il prossimo-display LCD dinuova generazione.

• Smartphone e Tablet: La spinta verso dispositivi più sottili e leggeri con una maggiore potenza di elaborazione rende essenziale una gestione termica efficace. di GrafTech SCUDO DIFFUSORE™ linea di prodotti, già implementatanelle soluzioni di raffreddamento per smartphone, dimostra la presenza consolidata dell'azienda in questo mercato.

• Smartphone pieghevoli: Forse l'applicazione più interessante risiedenella categoria emergente dei dispositivi pieghevoli. Grafite flessibile-i circuiti stampati potrebbero fungere da a potenziale sostituto dei tradizionali PCB rigidi in dispositivi che devono sopportare ripetute operazioni di piegatura e apertura.

• Elettronica indossabile: Dagli smartwatch ai dispositivi di monitoraggio della salute, i dispositivi indossabili richiedono circuiti flessibili, durevoli e termicamente efficienti.

• Sistemi automobilistici: Dentro-elettronica del veicolo—in particolare quelli dei veicoli elettrici e dei conducenti avanzati-sistemi di assistenza—richiedono una solida gestione termica in spazi ristretti.

Una tendenza del settore più ampia

GrafTechnon è la sola a perseguire l’elettronica flessibile attraverso la produzione additiva. All'inizio del 2017, i ricercatori di Università della Scienza e della Tecnologia del Missouri hanno dimostrato una tecnica di stampa aerosol diretta che integra substrati flessibili con materiali conduttivi rigidi. Le superfici elastiche prodotte con questo metodo possono essere attorcigliate, allungate e piegate ripetutamente senza alcun degrado delle prestazioni—facendo eco ai principi fondamentali della grafite di GrafTech-approccio basato.

Implicazioni strategiche

L'approvazione di questo brevetto rafforza la posizione di GrafTech in un mercato in rapida espansione elettronica ibrida flessibile (FHE) mercato-. In qualità di leader globale riconosciutonei prodotti in grafite ingegnerizzata enelle pellicole ad alta conduttività termica, l'azienda serve i principali OEMnel settore dell'elettronica di potenza, dei pacchi batteria per veicoli elettrici e dell'elettronica di consumo.

Il portafoglio brevetti—che include documenti correlati come US2016096736A1 (articoli conduttivi trasparenti) e WO2016094150A1 (strutture di supporto flessibili in fogli di grafite)—fornisce un fossato completo di proprietà intellettuale attorno alla tecnologia flessibile della grafite di GrafTech.

Guardando avanti

Mentre l’industria elettronica continua la sua traiettoria verso fattori di forma più piccoli, densità di potenza più elevate e flessibilità senza precedenti, il 3D brevettato da GrafTech-i circuiti stampati in grafite flessibile offrono una soluzione convincente. Combinando il eccezionale conduttività termica della grafite con il libertà di progettazione della produzione additiva, la tecnologia affronta sia le sfide odierne di gestione termica che la forma-vincoli fattoriali di domani.

Per i progettisti di smartphone, dispositivi indossabili, sistemi automobilistici e altro ancora, il messaggio è chiaro: è arrivata l’era dell’elettronica flessibile e termicamente intelligente—e GrafTech sta aprendo la strada.