Em um desenvolvimento marcante para a indústria de fabricação de eletrônicos, GrafTech International Holdings Inc. garantiu uma patente fundamental para uma placa de circuito flexível construída em um substrato de grafite usando técnicas avançadas de impressão 3D. A tecnologia patenteada—oficialmente designado sob publicação de patente WO2016015032A1 e registros relacionadosnos EUA, incluindo US9546763—posiciona a empresana vanguarda do setor de eletrônicos flexíveis e dobráveis em rápida evolução.

Com um portfólio total de 364 pedidos de patentes e um 500% aumentona atividade de IP, a GrafTech demonstrou um compromisso agressivo com a inovação em grafite-ciência dos materiais baseada-1-. A invenção recentemente patenteada representa um avanço significativo: uma placa de circuito flexível com um substrato de grafite flexível, sobre a qual são aplicadas camadas dielétricas e camadas eletricamente condutoras—e em algumas modalidades, componentes eletrônicos adicionais são impressos diretamente—usando Fabricação aditiva 3D.

O desafio da gestão térmica

A inovação aborda um dos desafios mais persistentesno design de eletrônicos modernos: dissipação de calor. À medida que os dispositivos eletrônicos se tornam cada vez mais compactos e potentes, o gerenciamento da produção térmica de componentes como microprocessadores, circuitos integrados e sistemas de alta-dispositivos ópticos de potência tornou-se crítico. Esses componentes operam efetivamente apenas dentro de temperaturas limite específicas. Quando o calor excessivo se acumula durante a operação,não só degrada o desempenho dos componentes, mas também reduz a confiabilidade geral do sistema e pode até levar a falhas catastróficas.

Para cada 10°C reduçãona temperatura operacional de um dispositivo semicondutor de silício típico, a confiabilidade aproximadamente dobra e a vida útil do produto aumenta significativamente. Este princípio fundamental do design eletrônico levou os fabricantes a buscarem sempre-mais-soluções eficazes de gerenciamento térmico.

Como funciona a tecnologia

A placa de circuito flexível patenteada compreende três camadas essenciais:

1. Um substrato de grafite flexível – proporcionando excepcional em-condutividade térmica plana para distribuição eficiente de calor

2. Uma camada dielétrica – formadona superfície do substrato de grafite para isolamento elétrico

3. Uma camada eletricamente condutora – aplicadona camada dielétrica para formar o circuito elétrico real

A camada condutora pode ser fabricada a partir de materiais incluindo prata, cobre ou alumínio, e pode ser aplicado como pasta condutora ou folha metálica usando técnicas como serigrafia ou impressão 3D. A placa de circuito resultante mantém as mesmas características de flexão da própria folha de grafite, alcançando raios de curvatura tão apertados quanto 3,0 mm para uma placa com 0,25 mm de espessura e 6,0 mm para uma placa com 0,5 mm de espessura—sem comprometer a integridade estrutural ou o desempenho elétrico.

Isto significa que a placa de circuito flexível pode ser dobrado, torcido ou flexionado repetidamente de uma configuração plana sem impactonegativo em sua função como placa de circuito—um recurso que abre possibilidades inteiramentenovas para o design de produtos.

Aplicações em todos os setores

A tecnologia é particularmente bem-adequado para aplicações onde dissipação de calor e restrições espaciais são primordiais:

• Iluminação LED e displays: À medida que os fabricantes aumentam o brilho da tela, os LEDs consomem mais energia e geram mais calor. As placas de circuito de grafite flexíveis da GrafTech podem suportar LEDs enquanto dissipam simultaneamente o calor—uma vantagem crítica para o próximo-monitores LCD de geração.

• Smartphones e tablets: A tendência para dispositivos mais finos e leves, com maior poder de processamento, torna essencial o gerenciamento térmico eficaz. da GrafTech PROPAGADOR™ linha de produtos, já implantada em soluções de refrigeração de smartphones, demonstra a presença consolidada da empresaneste mercado.

• Smartphones dobráveis: Talvez a aplicação mais interessante estejana categoria emergente de dispositivos dobráveis. Grafite flexível-placas de circuito baseadas podem servir como um potencial substituto para PCBs rígidos tradicionais em dispositivos que devem suportar dobramentos e desdobramentos repetidos.

• Eletrônicos Vestíveis: De smartwatches a dispositivos de monitoramento de saúde, os wearables exigem circuitos flexíveis, duráveis e termicamente eficientes.

• Sistemas Automotivos: Em-eletrônica veicular—particularmente aqueles em veículos elétricos e motoristas avançados-sistemas de assistência—exigem gerenciamento térmico robusto em espaços confinados.

Uma tendência mais ampla da indústria

A GrafTechnão está sozinhana busca por eletrônicos flexíveis por meio da fabricação aditiva. No início de 2017, pesquisadores da Universidade de Ciência e Tecnologia do Missouri demonstrou uma técnica direta de impressão em aerossol que integra substratos flexíveis com materiais condutores rígidos. As superfícies elásticas produzidas através deste método podem ser repetidamente torcidas, esticadas e dobradas praticamente sem degradação do desempenho—ecoando os princípios básicos do grafite da GrafTech-abordagem baseada.

Implicações Estratégicas

A aprovação desta patente fortalece a posição da GrafTechno mercado em rápida expansão eletrônica híbrida flexível (FHE) mercado-. Como líder global reconhecida em produtos de grafite projetados e filmes de alta condutividade térmica, a empresa atende aos principais OEMs de eletrônicos de potência, baterias de veículos elétricos e eletrônicos de consumo.

O portfólio de patentes—que inclui registros relacionados, como US2016096736A1 (artigos condutores transparentes) e WO2016094150A1 (estruturas flexíveis de suporte de folhas de grafite)—fornece um fosso abrangente de propriedade intelectual em torno da tecnologia flexível de grafite da GrafTech.

Olhando para o futuro

À medida que a indústria eletrônica continua sua trajetória em direção fatores de forma menores, densidades de potência mais altas e flexibilidade sem precedentes, 3D patenteado da GrafTech-placas de circuito impressas de grafite flexíveis oferecem uma solução atraente. Ao combinar o condutividade térmica excepcional de grafite com o liberdade de design de fabricação aditiva, a tecnologia aborda tanto os desafios atuais de gerenciamento térmico quanto a forma-restrições fatoriais de amanhã.

Para designers de smartphones, wearables, sistemas automotivos e muito mais, a mensagem é clara: a era da eletrônica flexível e termicamente inteligente chegou—e a GrafTech está liderando o caminho.