Jako základní součást elektronických zařízení se inovace technologie PCB stala klíčem k řízení pokroku v průmyslu. V posledních letech se grafen postupně dostal do zorného pole lidí a ukázal velký potenciál v oblasti desek plošných spojů, což přineslo nové možnosti transformace do elektronického průmyslu.
1, Úvod do grafenu
Grafen je dvou{0}}dimenzionální uhlíkový nanomateriál složený z atomů uhlíku v hybridizovaných orbitalech sp ², které tvoří šestiúhelníkovou voštinovou mřížku. Má mnoho vynikajících vlastností.
Z hlediska mechanických vlastností má grafen ohromující pevnost, stokrát větší než ocel, ale má extrémně tenké a lehké vlastnosti, s tloušťkou pouze jedné atomové vrstvy. Tato dokonalá kombinace vysoké pevnosti a tenkých a lehkých vlastností poskytuje možnost výroby robustnějších a tenčích elektronických zařízení.
Pokud jde o elektrický výkon, grafen má ultra-vysokou mobilitu elektronů a elektrony se v něm pohybují velmi rychle, což znamená, že přenos signálu může být rychlejší, což výrazně zlepšuje provozní rychlost elektronických zařízení. Zároveň má také výbornou vodivost a extrémně nízký odpor, který dokáže účinně snížit ztráty elektrické energie při přenosu.
Pokud jde o tepelné vlastnosti, grafen má extrémně vysokou tepelnou vodivost asi 5000 W/m · K, mnohem vyšší než tradiční substráty PCB FR-4 (a měď). To mu dává přirozenou výhodu v odvodu tepla, protože dokáže rychle odvést teplo vznikající při provozu elektronických zařízení, čímž účinně řeší problém degradace výkonu nebo dokonce poškození způsobeného přehřátím elektronických zařízení.
2, Jedinečné výhody grafenových obvodových desek
Ultra vysoká rychlost přenosu signálu: Díky vynikajícím elektrickým vlastnostem grafenu mohou desky plošných spojů založené na grafenu dosahovat vyšších rychlostí přenosu signálu. V dnešní době vysokých požadavků na rychlost zpracování dat, ať už jde o vysoce-výkonné počítače, chytré telefony nebo komunikační zařízení 5G, znamená vyšší rychlost přenosu signálu plynulejší provoz, vyšší efektivitu práce a výkonnější funkční implementaci. Například v základnových stanicích 5G může použití desek s grafenovými obvody výrazně zlepšit rychlost přenosu a příjmu dat, snížit latenci sítě a zajistit efektivní a stabilní provoz sítí 5G.
Vynikající výkon odvádění tepla: Díky neustálému zlepšování integrace elektronických zařízení a prudkému nárůstu hustoty výkonu se odvod tepla stal klíčovým úzkým hrdlem omezujícím výkon a spolehlivost elektronických produktů. Ultra-vysoká tepelná vodivost grafenu umožňuje rychle odvádět teplo. Zavedením nanovrstvy grafenu do matricových materiálů, jako je epoxidová pryskyřice, lze vytvořit účinnou síť vedení tepla, která výrazně zlepšuje schopnost plošného odvodu tepla PCB. V oblastech aplikací, jako je vysokofrekvenční a vysokorychlostní komunikace, automobilová elektronika a přeměna energie, může vynikající výkon odvádění tepla grafenových desek s plošnými spoji účinně zabránit snížení výkonu, pádům a dokonce poškození způsobenému přehřátím, což výrazně zlepšuje stabilitu a životnost zařízení.
Lehkost a vysoká pevnost: Lehké vlastnosti grafenu umožňují obvodovým deskám dosáhnout tenčích a lehčích designů při zachování vysokého výkonu. U produktů, jako jsou nositelná zařízení a smartphony, které vyžadují vysokou přenositelnost, je tato výhoda obzvláště důležitá. Tenčí a tenčí desky plošných spojů mohou nejen snížit celkovou hmotnost zařízení, ale také poskytnout více možností pro vzhled a uspořádání vnitřního prostoru výrobku. Mezitím její vysoká-pevnostní charakteristika zajišťuje spolehlivost desky plošných spojů při každodenním používání a v různých složitých prostředích, takže je méně náchylná k poškození.
Dobrá flexibilita: Grafen má určitý stupeň flexibility, což otevírá novou cestu pro vývoj flexibilních elektronických produktů. Flexibilní elektronická zařízení, jako jsou skládací chytré telefony, elektronické textilie a nositelná zařízení pro sledování zdraví, získala v posledních letech velkou pozornost. Grafenové obvodové desky se mohou dobře přizpůsobit potřebám ohýbání a skládání těchto zařízení, poskytují jedinečné tvary a uživatelské zkušenosti a zároveň zajišťují normální provoz obvodu. Například obrazovka skládacího smartphonu musí během procesu skládání udržovat stabilní spojení obvodů a desky s grafenovými obvody se svou flexibilitou tento úkol snadno zvládnou.
3, Oblasti použití grafenových desek plošných spojů
V oblasti spotřební elektroniky se očekává, že aplikace grafenových desek plošných spojů přinese výrazné zlepšení výkonu u produktů spotřební elektroniky, jako jsou chytré telefony, tablety a notebooky. Vyšší provozní rychlost, lepší odvod tepla a tenčí design těla přinesou spotřebitelům zcela nový uživatelský zážitek. Vezmeme-li jako příklad chytré telefony, po použití desek s grafenovými obvody může procesor telefonu pracovat při nižších teplotách, čímž se dosáhne vyššího výkonu. Fenomén herního zpoždění se výrazně zlepší a výdrž baterie telefonu se může také zlepšit snížením spotřeby energie rozptylu tepla.
Rychlý rozvoj 5G komunikace klade v oblasti komunikace extrémně vysoké požadavky na výkon komunikačních zařízení. Aplikace desek s grafenovými obvody v základnových stanicích 5G, komunikačních satelitech a dalších zařízeních může účinně zlepšit rychlost zpracování signálu a efektivitu přenosu, snížit zpoždění signálu a spotřebu energie. Kromě toho mohou desky s grafenovými obvody hrát důležitou roli v budoucím výzkumu komunikace 6G a položit základ pro dosažení rychlejších a stabilnějších komunikačních spojení.
V oblasti automobilové elektroniky: S rozvojem inteligentních a elektrických vozidel se automobilové elektronické systémy stávají stále složitějšími a také se zvyšují požadavky na výkon desek plošných spojů. Díky vynikajícímu odvodu tepla a vysoké spolehlivosti grafenové desky plošných spojů je velmi vhodná pro použití v klíčových částech automobilu, jako je řídicí systém motoru, systém automatického pohonu, systém správy baterie atd. V elektrických vozidlech vyžadují systémy správy baterií přesné monitorování a kontrolu stavu baterie. Grafenové obvodové desky dokážou rychle zpracovat velké množství dat, aby zajistily bezpečný a stabilní provoz baterie a prodloužily její životnost.
Letecký a kosmický průmysl: Letecké vybavení má extrémně přísné požadavky na hmotnost, výkon a spolehlivost elektronických zařízení. Lehkost, vysoká{1}}pevnost a vysoký{2}}výkon desek s grafenovými obvody z nich dělá ideální volbu pro letecký průmysl. Například použití desek s grafenovými obvody v satelitech může snížit hmotnost satelitu, snížit náklady na vypuštění a zlepšit výkon a spolehlivost satelitního elektronického vybavení, což zajistí dlouhodobý-stabilní provoz satelitu ve složitých vesmírných prostředích.